На чертежах сварные швы в соответствии с ГОСТом 2.312–84 обозначают основными линиями с видимой стороны и штриховыми – с невидимой стороны. К ним подходит односторонняя стрелка с полкой, над которой пишут условное обозначение шва:
1 – место специального знака:
– шов замкнутый, контурный;
– шов монтажный;
– шов контурный, незамкнутый и т. п.;
2 – место стандарта (ГОСТа) – см. табл. 4;
3 – буквенно-цифровое обозначение сварного шва – см. табл. 4;
4 – условное обозначение способа сварки:
А – автоматическая сварка;
П – механизированная сварка;
У – сварка в углекислом газе;
И – сварка в инертном газе; сварка дуговая и ручная не обозначаются;
5 – условный знак профиля шва и его катет (для угловых швов);
6 – длина и расположение участков прерывистых швов.
Рис. 42.
Классификация сварных швов:
по протяженности (а):
1 – сплошной; 2 – цепной; 3 – шахматный;
по направлению действующих усилий (б):
1 – продольный; 2 – поперечный; 3 – комбинированный
Рис. 43.
Классификация сварных швов по форме наружной поверхности:
1 – нормальный шов; 2 – выпуклый шов; 3 – вогнутый шов
Рис. 44. Обозначение позиций сварного шва по ГОСТу 2.312–84.
Пример обозначения сварного таврового соединения Т4, выполненного углекислотным полуавтоматом, для монтажных целей, с незамкнутым контуром и длиной катета шва 4 мм, длина провара 50 мм, шаг сварки 150 мм, изображен на рис. 45.
Рис. 45. Пример обозначения сварочного шва по ГОСТу 2.312–84
Глава 6
Производство сварочной дуги
Определение сварочной дуги, ее строение, условия зажигания и горения
Электрической сварочной дугой называют устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, происходящий при давлении, близком к атмосферному, используемом при сварке, и характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой.
Температура в столбе сварочной дуги достигает 5 000–12000 °C и зависит от плотности тока, состава газовой среды дуги, материала и диаметра электрода. А потому сварочная дуга является мощным концентрированным источником теплоты. Электрическая энергия, потребляемая дугой, в основном превращается в тепловую энергию.
В столбе сварочной дуги протекают следующие процессы:
1. Столб дуги заполнен заряженными частицами – электронами и ионами. В нем присутствуют также и нейтральные частицы – атомы и даже молекулы паров веществ, из которых сделаны электроды. Под действием электродинамических сил частицы перемещаются. Скорость их перемещения различна. Быстрее всего перемещаются электроны. Они легко разгоняются и, сталкиваясь с атомами и ионами, передают им свою энергию. Столкновения электронов с атомами могут быть упругими и неупругими. При упругих столкновениях атомы начинают двигаться быстрее – увеличивается их кинетическая энергия. В результате повышается температура плазмы дуги.
2. Электрон, который в электрическом поле приобрел достаточно большую энергию, является источником неупругих столкновений. Столкнувшись с атомом, он возбуждает его, а когда удар достаточно силен, то и выбивает из атома его собственные электроны.
Энергию, которая должна быть сообщена электрону для ионизации какого-либо атома, выражают в электронвольтах (эВ) и называют потенциалом ионизации. Величина потенциала ионизации зависит от строения атома. Чем меньше номер группы и больше номер периода в таблице элементов Менделеева, тем меньше энергии необходимо затратить для ионизации. Наименьшим потенциалом ионизации (3,9 эВ) обладает атом цезия, поскольку он самый тяжелый из всех щелочных металлов. Самый легкий из инертных газов – элемент последней, нулевой группы – гелий обладает наивысшим потенциалом ионизации (24,5 эВ).
Энергия, расходуемая на диссоциацию (разделение) различных молекул, также различна. Так, например, для диссоциации молекулы водорода необходимо затратить 4,48 эВ, фтора – 1,6 эВ, а углекислого газа – 9,7 эВ. Эти величины имеют для сварщиков особое значение. При разработке электродных покрытий, флюсов и проволок приходится учитывать, молекулы каких веществ диссоциируют раньше, а каких – позже, какие элементы ионизируются легче, а какие – труднее, и сколько для этого потребуется энергии.
В зависимости от числа электродов и способов включения электродов и свариваемой детали в электрическую цепь различают следующие виды сварочных дуг (рис. 46):
1. Прямого действия, когда дуга горит между электродом и изделием.
2. Косвенного действия, когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь.
3. Трехфазную дугу, возбуждаемую между двумя электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.
Рис. 46.
Виды сварочных дуг:
а – прямого; б – косвенного; в – комбинированного действия (трехфазная)
По роду тока различают дуги, питаемые переменным и постоянным током. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности.
При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, а изделие – к положительному полюсу и служит анодом.
При обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом, а изделие – к отрицательному и служит катодом.
В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными, вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами.
Сварочная дуга обладает рядом физических и технологических свойств, от которых зависит эффективность использования дуги при сварке.
К физическим свойствам относятся электрические, электромагнитные, кинетические, температурные, световые.
К технологическим свойствам относятся мощность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование.
Электрическим разрядом в газе называют электрический ток, проходящий через газовую среду благодаря наличию в ней свободных электронов, а также отрицательных и положительных ионов, способных перемещаться между электродами под действием приложенного электрического поля (разности потенциалов между электродами.
Сварка дугой переменного тока имеет некоторые особенности. Вследствие того, что мгновенные значения тока переходят через нуль 100 раз в 1 с, меняет свое положение катодное пятно, являющееся источником электронов, ионизация дугового промежутка менее стабильна и сварочная дуга менее устойчива по сравнению с дугой постоянного тока.
Общепринятой мерой повышения стабилизации сварочной дуги переменного тока является включение в сварочную цепь последовательно с дугой индуктивного сопротивления. Последовательное включение в сварочную цепь катушек со стальным сердечником (дросселей) позволяет вести сварочные работы металлическими электродами на переменном токе при напряжении сварочного трансформатора 60–65 В.
Процесс, при котором из нейтральных атомов и молекул образуются положительные и отрицательные ионы, называют ионизацией. При обычных температурах ионизацию можно вызвать, если уже имеющимся в газе электронам и ионам сообщить при помощи электрического поля большие скорости. Обладая большой энергией, эти частицы могут разбивать нейтральные атомы и молекулы на ионы. Кроме того, ионизацию можно вызвать световыми, ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, а также излучением радиоактивных веществ.
В обычных условиях воздух, как и все газы, обладает весьма слабой электропроводностью. Это объясняется малой концентрацией свободных электронов и ионов в газах. Поэтому, чтобы вызвать в газе мощный электрический ток, т. е. образовать электрическую дугу, необходимо ионизировать воздушный промежуток (или другую газообразную среду) между электродами.
Ионизацию можно произвести, если приложить к электродам достаточно высокое напряжение, тогда имеющиеся в газе свободные электроны и ионы будут разгоняться электрическим полем и, получив энергию, смогут разбить нейтральные молекулы на ионы.
