Základy obloukového svařování – Studopedie

Elektrické svařování spojuje kovové části konstrukce tavením kovu. Obloukové svařování vytváří trvalé spojení, které je pevné a odolné při výrobě nových výrobků nebo opravách použitých.
V dnešní době se žádné odvětví neobejde bez svařování, od automobilového průmyslu až po kosmický průmysl.

Kdo vynalezl svařování?

Je hezké vědět, že s myšlenkou svařování kovových součástí pomocí proudu přišli ruští vědci.
V roce 1753 akademik G. V. Rikhman předložil hypotézu, že kov se roztaví pod vlivem jiskry vycházející z elektřiny.
O 50 let později tuto myšlenku převzal profesor V. V. Petrov a provedl řadu experimentů s tavením kovu pomocí elektrického oblouku. Vasilij Vladimirovič dokázal důkladně prezentovat vliv elektrického oblouku na kovy jako objev, který vzbudil zvýšený zájem vědecké světové komunity.
Ale i přes úspěšné laboratorní experimenty bylo průmyslové využití svařování poprvé zavedeno až na konci 19. století. A v Rusku se tak stalo znovu.
Inženýr N. N. Benardos zaregistroval praktickou metodu upevňování kovových prvků působením proudu jako patentovaný vynález. Nikolaj Nikolajevič zavedl svařování do průmyslu. Benardos dal svému „nápadu“, prvnímu svařovacímu agregátu, zvučné jméno – Elektrohéfaistos, na počest řeckého boha kování a ohně.
Svařování se vyvíjí již více než století, objevují se nové přístroje a zařízení. Princip svařování však zůstává stejný: elektrický oblouk, který vzplane mezi elektrodou a kovem, způsobí, že se jakýkoli kov vlivem tepelné energie roztaví.

Svařování jako technologický proces

Oblouk, generovaný elektrickým proudem, aktivuje proces svařování. Obloukový výboj se nachází mezi elektrodou a kovem (svařovaným obrobkem).
Pod vlivem teploty oblouku (dosahující 7000 °C) přechází kov z pevného stavu do měkkého a tekutého. Tím se oblast spojení svařovaných polotovarů, elektrody a přídavné hmoty roztaví. Roztavené frakce všech svařovacích prvků se smísí a stékají do tzv. tavné lázně. Po vychladnutí kovu tavná lázeň ztvrdne. Toto je svarový šev.
Existuje však nuance, která proces svařování komplikuje. Faktem je, že ve svařovací zóně, kde teplota dosahuje velmi vysokých hodnot, se atmosférické plyny začínají rozpouštět a reagovat s kovem. Negativní důsledky jsou způsobeny kontaktem kovu s kyslíkem. To má negativní vliv na pevnost švu.

Aby se zničila vazba mezi kyslíkem a kovem, je třeba chránit svařovací zónu před jeho pronikáním. Pro tento účel byly vynalezeny následující metody:

potažená elektroda (při hoření povlak vytváří ochranný oblak, který vytlačuje atmosférické plyny);
tavidlo (prášek, který funguje podobně jako ochranné plyny;
vakuové svařování;
práškový drát (obsahuje tavidla);
ochranný plyn (dodávaný na místo svařování přímo z lahví);
kombinovaná ochrana.

Polarita elektrod při obloukovém svařování

Volba polarity je určena velikostí a elementárním obsahem kovu.

U silných obrobků se používá přímá polarita.
Tenké plechy lze svařovat s obrácenou polaritou. Obrácená polarita se používá také pro práci s materiály s nízkou teplotou tání.

Přečtěte si více

Kdy byste měli sklízet estragon?

Polarita	Bez	Plus	Teplota topení °C )
Přímka	Elektroda	kov	4000
Zpětná vazba	kov	Elektroda	3000

Typy elektrod používaných pro obloukové svařování se dělí do dvou skupin:

Netavitelné elektrody. Obloukové svařování s použitím wolframových, grafitových a uhlíkových tyčí.
Spotřební elektrody. Svařovací proces se provádí pomocí elektrod nebo drátu s plným průřezem (spotřební materiál může být ocel, měď, titan, hliník atd.).

Metoda N. G. Slavjanova. Svařování nastává v důsledku tavení elektrody nebo svařovacího drátu s plným průřezem. Produkty tavení vyplňují svařovací mezeru a na jejich místě se objeví šev.
Svařování netavitelnou elektrodou. Působením svařovacího oblouku se svařované díly a/nebo přídavné kovy (ale nikoli elektroda) začínají deformovat nebo tekut. Pro tyto účely se používá uhlíková nebo wolframová elektroda.
Kombinované svařování. Svařování se provádí pomocí dvou elektrod. Tři spojovací body (2 elektrody a kov součásti) jsou připojeny k fázím třífázového proudu. Během svařovacího procesu každá elektroda vytváří svůj vlastní oblouk s kovem. Tato metoda se také nazývá třífázová.
Nepřímý oblouk. Americký chemik Irving Langmuir vyvinul metodu svařování, která zahrnuje dvě elektrody připojené k třífázovému transformátoru. Svařovací oblouk vzniká mezi elektrodami, které vedou proud. Takto získaný oblouk se aplikuje na kov v místě spojení součástí. Působením oblouku se kov taví.

Druhy obloukového svařování podle stupně automatizace

Ruční svařování

přivést elektrodu na místo svařování;
veďte svařovací oblouk podél obrysu spoje obrobků.

Manévrovatelnost a nízká hmotnost zařízení.
Bezbariérové školení v této metodě svařování.
Svařování se provádí ve všech polohách.
Snadná výměna spotřebního materiálu.
Svařování všech druhů slitin.
Vysoce kvalitní, odolný svar.

Je nutné procvičovat si svářečské dovednosti, protože výsledek práce závisí hlavně na dovednostech svářeče.
Ruční obloukové svařování je považováno za nebezpečný výrobní proces.
Je obtížné pracovat s tenkými obrobky (méně než 1,5 mm).
Nízká účinnost.

Ochrana před atmosférickými plyny se provádí dvěma způsoby:

plyn je do svařovací zóny přiváděn z lahve (aktivní plyn – například oxid uhličitý – nebo inertní plyn – například argon);
plněný drát.

Kvalita svarů závisí méně na dovednostech svářeče.
Od svářeče je vyžadováno menší úsilí.
Výsledkem svařování jsou čisté, rovnoměrné a pevné švy.
Malá oblast působení teploty.
Svařování se provádí v různých polohách.
Rozšířené možnosti práce s tenkovrstvými materiály (od 0.5 mm).
Zvýšená efektivita svařovacích operací.

Těžká technika (zařízení + plynová nádrž) omezuje možnost mobilní práce.
Drát s tavidlovým povlakem se může zalomit, což narušuje pracovní proces.

Argonové obloukové svařování (TIG)

Svařování TIG vytváří nejhladší svary, protože kov při tavení nerozstřikuje ani nekape, ale tuhne přesně v rámci stanovených limitů.
Svařování TIG lze použít ke svařování i těch nejtenčích kovů.
Argonové obloukové svařování je bezpečné pro zdraví.

Povrch svařovaných obrobků vyžaduje předběžnou přípravu.
Abyste mohli svařovat touto metodou, musíte si zlepšit dovednosti a procvičit si své schopnosti.
Svařování TIG vyžaduje drahé vybavení.
Metoda se nepoužívá pro domácí účely kvůli masivnosti zařízení.

montérky nebo bundy/kalhoty vyrobené z materiálu, který chrání před jiskrami;
ochranné rukavice nebo dielektrické rukavice;
nehořlavá obuv s gumovou podrážkou;
maska/ochranný štít pro svářeče.

Přečtěte si více

Aktualizace map multimediálního systému Renault | Renault Jordan

Svařovací oblouk. Zdrojem tepla při obloukovém svařování je svařovací oblouk – stabilní elektrický výboj ve vysoce ionizované směsi plynů a par materiálů používaných při svařování, vyznačující se vysokou proudovou hustotou a vysokou teplotou.

Teplo generované v oblouku se spotřebuje na ohřev plynu, vytváření světelného toku a přímo na svařování. Teplota oblouku je nerovnoměrná, nejvyšší ve středu plynového sloupce – asi 6000 °C (obr. 7.1).

Hlavní charakteristikou svařovacího oblouku jako zdroje energie je efektivní tepelný výkon q_э – to je množství tepla vneseného do kovu během procesu svařování za jednotku času a vynaložené na jeho ohřev. Efektivní tepelný výkon je součástí celkového tepelného výkonu oblouku q, jelikož při jakémkoli typu svařování dochází k neproduktivní spotřebě tepla oblouku na sálání, odvod tepla do kovu atd. Poměr efektivního tepelného výkonu k celkový tepelný výkon se nazývá efektivní účinnost procesu vytápění:

Pro různé druhy svařování je hodnota η_э se může měnit v poměrně širokém rozmezí od 0,3 do 0,95, například účinnost procesu ohřevu otevřeného oblouku buzeného uhlíkovou elektrodou je 0,5 – 0,65; svařování obalenými tyčovými elektrodami – 0,7 – 0,85; oblouk v argonu – 0,5 – 0,6; svařování pod tavidlem – 0,85 – 0,93.

Množství tepla vneseného do kovu během procesu hoření obloukem na jednotku délky svaru se nazývá tepelný příkon svařování. Tepelný příkon se rovná poměru efektivního výkonu oblouku k rychlosti pohybu oblouku υ_St..

Při restaurování dílů se používají tři typy svařovacích oblouků (obr. 7,2). Liší se počtem elektrod a způsobem jejich začlenění a svařovaným kovem v elektrickém obvodu Když hoří oblouk mezi elektrodou a obrobkem, nazývá se přímý oblouk. Když mezi dvěma elektrodami hoří oblouk a svařovaný obrobek není součástí elektrického obvodu, nazývá se to nepřímý oblouk. Mezi dvěma elektrodami a také mezi každou elektrodou a základním kovem je vybuzen třífázový oblouk.

Rýže. 7.1, Rozdělení teplot t в svařovací oblouk

Rýže. 7.2. Typy svařovacích oblouků:

a — přímá akce; b – nepřímá akce; c – kombinované působení (třífázové)

Podle druhu proudu se rozlišují elektrické oblouky napájené střídavým a stejnosměrným proudem. Při použití stejnosměrného proudu se rozlišuje svařování s přímou a obrácenou polaritou. Když hoří stejnosměrný elektrický oblouk, největší množství tepla se uvolňuje na kladném pólu. To se vysvětluje tím, že tok elektronů v oblouku je vyzařován záporným pólem – katodou. Zdá se, že elektrony bombardují kladný pól (anodu), v důsledku čehož se zahřívá více než katoda. Při svařování je nutné vynaložit více tepla na roztavení svařovaného kovu než na roztavení samotné elektrody. Proto je obvykle záporný pól svařovacího obvodu připojen k elektrodě a kladný pól ke svařovanému kovu. Toto spojení se nazývá přímá polarita. Pokud je záporný pól zdroje připojen ke svařovanému kovu a kladný pól k elektrodě, pak se tato polarita nazývá obrácená a používá se méně často a pouze v případech, kdy je potřeba dosáhnout menšího zahřívání část. Například obrácená polarita se používá při svařování tenkých plechů, aby se zabránilo průniku, svařování legovaných ocelí, které jsou velmi citlivé na přehřátí, a v dalších případech.

Přečtěte si více

Jak vyrovnat zeď pomocí laserové vodováhy.

Když je oblouk napájen střídavým proudem, polarita proudu se mnohokrát mění podle počtu period, tedy 50krát za sekundu. Proto ve střídavém svařovacím oblouku bude proud elektronů také měnit svůj směr a střídavě bombardovat buď svařovaný kov nebo konce elektrody. V důsledku toho se teplo mezi elektrodou a svařovaným kovem rozloží rovnoměrně.

Napájecí zdroje střídavého proudu jsou ekonomičtější. Při ručním svařování na střídavý proud je tedy spotřeba elektrické energie 3 – 4 kWh na 1 kg odlučovaného kovu a při svařování na stejnosměrný proud 6 – 8 kWh. Při konstantním proudu je však elektrický oblouk stabilnější a stabilnější.

Podle materiálu elektrody se oblouky rozlišují na elektrody netavitelné (uhlíkové, wolframové) a tavné (kovové).

Vliv kyslíku, dusíku, vodíku, síry a fosforu na vlastnosti svarového kovu. Při tavném svařování dochází k interakci mezi kapalnými a pevnými kovy, plyny a kapalnou struskou, která vzniká při tavení struskotvorných látek, které jsou součástí elektrodových povlaků nebo tavidla.

Hlavní reakce probíhající ve svařovací zóně jsou oxidační a deoxidační reakce kovu. Charakteristickými podmínkami metalurgických reakcí při svařování, stejně jako při krystalizaci, jsou vysoké teploty ohřevu, relativně malý objem roztaveného kovu a krátká doba trvání procesu.

Průměrná teplota kapiček elektrodového kovu vstupující do lázně se zvyšuje se zvyšující se proudovou hustotou a při svařování je 2200 – 2700 °C, to znamená, že se vyznačuje výrazným přehříváním. Teplota svarové lázně při obloukovém svařování se také vyznačuje výrazným překročením nad bod tání, přehřátí je 100 – 500 °C. Vysoká teplota přispívá k vysoké reakční rychlosti, avšak díky vysokým rychlostem ochlazování dochází k reakcím při svařování nemají čas na úplné dokončení.

Hlavní reakce probíhající ve svařovací zóně jsou oxidační a deoxidační reakce kovu. Kyslík v atomovém stavu se tvoří s oxidem železa (FeO), oxidem (Fe₂О₃), stejně jako oxid-oxid (Fe₃О₄). V tekutém kovu se rozpouští pouze oxid železnatý. Zbývající oxidy jsou ve formě struskových vměstků a plavou na povrch svarové lázně.

Kyslík reaguje s kovem podle reakce

kde typ – číselné koeficienty vzorce chemických reakcí; Me je hmotnost kovového prvku; O₂ – hmotnost kyslíku.

Chemické reakce probíhají do stavu rovnováhy mezi výchozími materiály a reakčními produkty. Rovnovážný stav lze posuzovat pomocí rovnovážné konstanty &.

Ze zákona hromadné akce je známo, že

kde MemO je obsah prvku Me a kyslíku v reakční zóně, v tomto pořadí, %. Oxidační reakce bude probíhat tím intenzivněji, čím větší je součin koncentrací reagujících látek (hodnota v čitateli v tomto vzorci) ve srovnání s rovnovážnou. Pokud je konstanta menší než rovnovážná hodnota, dochází k reakci redukce kovu z jeho oxidu. Rovnovážná konstanta, vyjádřená jako parciální tlak par reagujících látek,

kde pMe je parciální tlak reagujících látek.

Nejúčinnějšími deoxidačními činidly jsou křemík a mangan. Při oxidaci dávají oxid křemíku SiO₂ a oxid manganu MnO. Aktivním deoxidačním činidlem je uhlík. Při svařovacích teplotách uhlík tvoří oxid CO. Kyslík se do svarového kovu dostává především ze vzduchu při špatné ochraně svaru, před rzí a okují při nesprávném čištění svařovaného povrchu nebo z vlhkosti při svařování surovými elektrodami. Titan, uhlík a hliník jsou také silná deoxidační činidla.

Přečtěte si více

Je možné uchovávat vařenou uzenou klobásu v mrazáku?

Okolní vzduch je zdrojem dusíku vstupujícího do svarového kovu. Při svařovacích teplotách se dusík, přecházející do atomového stavu, dobře rozpouští v tekutém kovu svarové lázně. Při ochlazení se z roztoku uvolňuje dusík a při interakci s kovy tvoří nitridy: Fe₂N, MnN, SiN atd., které výrazně snižují tažnost kovu. Vodík se do svarového kovu dostává z vlhkosti obsažené v povlaku elektrody nebo z rzi na svařovaném povrchu a také z tavidla.

Během krystalizace svarového kovu vodík, aniž by měl čas se oddělit od kovu, vytváří póry a malé trhliny, stejně jako „hejna“ – defekt ve formě světlé skvrny viditelné na povrchu lomu.

Velmi škodlivé nečistoty v usazeném kovu jsou síra a fosfor. Síra tvoří sulfid železa FeS s nízkou teplotou tání 1193 °C. Během krystalizace oceli se sulfid železa, který zůstává v roztaveném stavu, distribuuje mezi krystaly a způsobuje vznik trhlin. Fosfor, přítomný v uloženém kovu ve formě fosfidů železa Fe₃S a Fe₂S, prudce snižuje tažnost kovu:

Krystalizace svarového kovu. Když se tekutý svarový kov ochladí a ztuhne, dojde ke krystalizaci, tj. tvorbě krystalitů z kapalné fáze. Krystality jsou krystaly nepravidelného tvaru. Proces vzniku krystalitů z tekutého roztaveného kovu při jeho přechodu do pevného skupenství se nazývá primární krystalizace. Primární krystalizace začíná podél konvenční fúzní hranice (obr. 7.3), podél linie 1 začátku ochlazování svarové lázně, přičemž dochází k nukleaci krystalizačních center a růstu zrn 2. Pěstovaná zrna mají různé tvary a umístění. Pokud zrna nemají specifickou orientaci a připomínají tvar mnohostěnu, je struktura zrnitá (granulární). Může být hrubá i jemnozrnná. Proces změny tvaru krystalitů v kovu v pevném stavu se nazývá sekundární krystalizace. Pokud jsou zrna protáhlá v jednom směru, struktura se nazývá sloupcová a dendritická. Hrubozrnná struktura kovu se sloupcovou-dendritickou strukturou je charakteristická pro pomalé ochlazování.

Rýže. 7.3. Primární krystalizace svarového kovu. Šipky ukazují směr odvodu tepla

Konečná struktura svarového kovu závisí především na způsobu svařování, jeho podmínkách a také na chemickém složení základních a přídavných kovů. Při ručním svařování elektrodou z nízkouhlíkové oceli (obsah uhlíku do 0,2 %) má tedy svarový kov strukturu s méně výraznou krystalickou orientací a zaoblenými zrny feritu a perlitu. Při automatickém svařování pod tavidlem téže oceli, kdy je rychlost ochlazování pomalejší než při ručním svařování kovovou elektrodou, získává svarový kov sloupcovo-dendritickou strukturu.

V tepelně ovlivněné zóně svarového spoje z nízkouhlíkové, nekalící oceli, vyrobeného tavením, jsou následující konstrukční oblasti (obr. 7.4); oblast přehřátí, jejíž teplotní hranice jsou na straně svaru teplotou blízkou solidu a na straně obecného kovu teplotou 1100 °C;

normalizační zápletka; mající jemnozrnnou strukturu a zlepšené vlastnosti ve srovnání s původní strukturou;

oblast neúplné rekrystalizace, která se nachází v teplotním rozsahu od 725 do 850 ° C, při které dochází k částečné rekrystalizaci kovu. Průměrné velikosti oblastí zón pro některé typy svařování jsou uvedeny v tabulce. 7.1.

Přečtěte si více

Equimedika - Knihovna - Články