Дуговая сварка

Сущность и классификация процесса сварки.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.
Определение сварки относится к металлам и неметаллическим материалам (пластмассы, стекло, резина и т. д.).
Свойства материала определяются его внутренним строением - структурой атомов. Все металлы в твердом состоянии являются телами с кристаллической структурой. Аморфные тела (стекло и др.) имеют хаотическое расположение атомов. Для соединений свариваемых частей в одно целое нужно их элементарные частицы (ионы, атомы) сблизить настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, что и достигается местным или общим нагревом или пластическим деформированием или тем и другим.
В зависимости от условий, при которых осуществляется сваривание (образование межатомных связей) частиц металла, различают сварку плавлением и сварку давлением.
Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых деталей подвергается плавлению от нагрева сильным концентрированным источником тепла: электрической дугой, газовым пламенем, химической реакцией, расплавленным шлаком, энергией электронного луча, плазмой, энергией лазерного луча. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкий металл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другой кромки. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После застывания металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переправления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.
Зона частично оплавившихся зерен металла на границе кромки свариваемой детали и шва называется зоной плавления; в этой зоне достигается межатомная связь. При этом металл шва тесно соприкасается с металлом свариваемых частей, а загрязнения, находившиеся на поверхностях свариваемых частей, всплывают наружу, образуя шлак.
Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла в месте соединения под действием силы. Находящиеся на соединяемых поверхностях различные загрязнения вытесняются наружу, а поверхности свариваемых частей будут чистыми, ровными и сближенными по всему сечению на расстояние атомного сцепления. Зона, в которой установилась межатомная связь, называется зоной соединения. Ширина зоны соединения измеряется десятками микрон.
Пластическую деформацию кромок деталей осуществить легче, если нагревать место соединения. Источником тепла (при сварке с местным нагревом) служит электрический ток, газовое пламя, химическая реакция, механическое трение; при сварке с общим нагревом - кузнечный горн, нагревательная печь.
Процесс сварки делят на три класса (ГОСТ 19521-74): термический, термомеханический и механический. Термический класс объединяет виды сварки, осуществляемые плавлением металла. Термомеханический класс включает виды сварки, осуществляемые давлением с использованием тепловой энергии. К механическому классу относятся виды сварки, выполняемые давлением с дополнительной механической энергией.
Сварка по виду применяемой энергии подразделяется на следующие основные виды: давлением с общим нагревом: кузнечная, прокаткой, выдавливанием;
Давлением с местным нагревом: контактная, индукционно-прессовая, термитно-прессовая, газопрессовая, диффузионная, дуго-прессовая;
давлением без нагрева металла внешним источником тепла: ультразвуковая, холодная, трением, взрывом, магнитноимпульсная;
плавлением: дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерным лучом, плазменная.

Дуговая (электродуговая) сварка  - вид сварки, при которой кромки свариваемых металлических частей расплавляют дуговым разрядом и металлом в месте соединения.
Дуговой разряд - электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода.
Дуговой разряд поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при атмосферном давлении достигает 5000-7000 град. К, что позволяет использовать его для сварки металлов и в качестве нагревательных устройств. (Сварочные работы.)

Дуговая сварка в защитных газах
При сварке в защитных газах  струя газа через сопло непрерывно подается в зону дуги.
Газы изолируют расплавленный металл от воздуха. При этом используют как неплавящийся, так и плавящийся электроды. Процесс можно выполнять вручную, механизированным или автоматическим способом. При сварке неплавящимся электродом изделий большой толщины применяют присадочную проволоку. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Наиболее распространены смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий или аргон + углекислый газ + кислород. В процессе сварки защитные газы, подаваемые в зону горения дуги через сопло сварочной горелки, оттесняют атмосферные газы от электрода и сварочной ванны.

Плазменная сварка
В плазменной сварке сварочным устройством является плазмотрон.Плазменной струей можно сваривать различные металлы, производить их резку и наплавлять на поверхность тугоплавкие покрытия. Процесс основан на пропускании под давлением потока газов через электрический разряд большой плотности. В результате получают высокотемпературный ионизированный газ с практически одинаковыми плотностями положительных и отрицательных зарядов, называемый плазмой. Температура плазменной струи достигает 30000 град. C. Плазменную сварку можно выполнять при изготовлении как тонкостенных изделий, так и деталей большой толщины из различных материалов. В качестве плазмообразующего газа чаще всего используют аргон, гелий или азот. Состав и расход плазмообразующего газа зависят от вида электрода и свариваемого материала.

Сварка и резка. Сварочные термины.
Газовая горелка (форсунка)
устройство для образования смесей газообразного, жидкого или пылевидного топлива с воздухом или кислородом и подачи к месту сгорания. (сварочные работы)
Газовая (кислородная, автогенная) резка
процесс, основанный на сгорании металла в струе кислорода. Для материалов , трудно поддающихся резке (высоколегированная сталь, чугун, бетон), применяют флюс (кислородно-флюсовая резка).
Газовая сварка
способ сварки металлических изделий с помощью газового пламени, образованного при сгорании смеси горючего газа (ацетилена, водорода, паров бензина и т.д.) с кислородом. Применяют для сварки тонкостенных изделий из стали, цветных металлов и сплавов, для наплавки твердых сплавов при ремонтных работах.
Дуговая сварка (электродуговая сварка)
способ сварки плавлением, при котором кромки свариваемых металлических деталей в газовой среде расплавляют дуговым разрядом между двумя электродами или электродом и металлом в месте соединения.
Дуговой разряд
электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. (сварочные работы)
Лазер (оптический квантовый генератор)
(аббревиатура английских слов: «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» - «Усиление света в результате вынужденного излучения») источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии.
Лазерная сварка
способ сварки плавлением, при котором в качестве источника тепловой энергии используют энергию лазера.
Лазерная технология
обработка материалов лазерным излучением. Позволяет осуществлять сварку, сверление, резку материалов и т.д.
Плавление
переход твердого кристаллического вещества в жидкое состояние (фазовый переход перового рода).
Плазменная горелка
ручной дуговой плазмотрон для нанесения покрытий, резки, сварки, наплавки и других процессов плазменной обработки. Существуют плазменные горелки с плазменной дугой и плазменной струей.
Плазменная сварка
способ сварки плавлением, при котором потоки газа, пропущенные через электрический разряд большой плотности, превращаются в ионизированный газ очень высокой температуры.
Плазмотрон (плазматрон, плазменный генератор)
газоразрядное устройство для получения плазмы (приблизительная температура 104 К). Распространены высокочастотные и дуговые плазмотроны. В высокочастотных плазмотронах (мощность до 1 МВт) плазмообразующее вещество нагревается в разрядной камере (обычно вихревыми токами), в дуговых плазмотронах (мощность 100 Вт - 10 МВт) – проходя через сжатую электрическую дугу с высокой концентрацией энергии. Используются в плазменной металлургии, плазменной обработке, плазмохимии.
Сварка
процесс получения неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластичном деформировании или при совместном действии того и другого. (сварочные работы)
Сварное соединение
неразъемное соединение элементов изделия, выполненное сваркой. Включает сварной шов (или зону соединения) и зону материала, изменившуюся вследствие нагрева и пластической деформации.
Сварной шов
место соединения деталей, образовавшегося в результате кристаллизации расплавленного металла.
Сварочная горелка
устройство, применяемое: при газовой сварке для регулирования подачи в место сварки горючей смеси газов; при дуговой сварке для крепления электрода, подвода к нему тока и подачи защитного газа в зону горения дуги (иногда ее называют сварочным пистолетом).
Сварочная ванна
это сварочный шов, находящийся в момент сварки в расплавленном состоянии.
Сварочный флюс
при газовой и кузнечной сварке металлов – химикаты, растворяющие окислы, образующиеся на свариваемых поверхностях; при автоматической сварке – материалы сложного состава, под слоем которых ведется сварка; при паянии – расплавляемые неметаллические вещества (канифоль, бура, хлористый цинк и т.д.), служащие для очистки поверхности припоя и места пайки, а также улучшения смачиваемости места пайки расплавленным припоем.
Сварочный электрод
стержень (пластина, ролик) для подвода тока к месту сварки. Различают сварочные электроды: плавящиеся (металлические стержни с покрытием, пластины, проволока, прутки и т.д.), неплавящиеся (вольфрамовые и углеродистые стержни) и для контактной сварки.
Температура плавления
постоянная температура, при которой происходит плавление чистого вещества при постоянном внешнем давлении (Тпл).
Точка плавления вещества
температура плавления при атмосферном давлении.
Электрошлаковая сварка
способ сварки плавлением, заключающийся в расплавлении основного и присадочного материалов за счет теплоты, выделяющейся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак (флюс).