Сварка под флюсом, особенно полуавтоматическая, затруднена из-за невозможности точного направления электрода в разделку и наблюдения за образованием шва. При сварке в защитных газах надежность защиты может нарушаться из-за сквозняков, забрыз­гивания газовых сопл и т. и. В этих условиях применение порош­ковых проволок, сочетающих в себе положительные свойства покрытых стальных электродов (защита, легирование и раскисле­ние расплавленного металла), и механизированной сварки про­волоками сплошного сечения (высокая производительность) пред­ставляет большие производственные преимущества, особенно в монтажных условиях. Этому способствует и отсутствие газовой аппаратуры (баллоиов, шлангов, газовых редукторов), флюса и

флюсовой аппаратуры, усложняющих про­цесс сварки или повышающих его трудо­емкость (засыпка и уборка флюса и др.).

Возможность наблюдения при полу­автоматической сварке за направлением електрода в разделку, особенно при свар­ке с его поперечными колебаниями, а так­же за образованием шва — основные пре­имущества сварки порошковыми проволо­ками. Изменение состава наполнителя сер­дечника порошковой проволоки позволяет воздействовать на химический состав шва и технологические характеристики дуги.

Сущность способа. Конструкция порошковой проволоки опре­деляет некоторые особенности ее расплавления дугой. Сердечник проволоки на 50—70% состоит из неметаллических материалов и поэтому его электросопротивление велико — в сотни раз больше, чем металлической оболочки. Поэтому практически весь свароч­ный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же сердечника, расположенного внутри метал­лической оболочки, происходит в основном за счет теплоизлуче­ния дуги и теплопередачи от расплавляющегося металла обо­лочки. Ввиду этого сердечник может выступать из оболочки (рис. 51), касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в нерасплавленном состоянии. Это увеличивает засоре­ние металла шва неметаллическими включениями.

Техника сварки. Обычно порошковые проволоки используют для сварки шланговыми полуавтоматами. Ввиду возможности наблюдения за образованием шва техника сварки стыковых и угловых швов в различных соединениях практически не отли­чается от техники их сварки в защитных газах плавящимся элект­родом. Однако образование на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кром­ками в передней части сварочной ванны, затрудняет провар корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака.

Сварка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным уси­лием сжатия проволоки в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и более, требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных сварочных токов, позволяет использовать их для сварки только в нижнем и редко в верти­кальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотеку­чим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением Дуги.

Рис. 52. Область режимов сварки проволокой І1ІІ-2ДСК, обеспечивающих получение швов без пор:

а — влияние тока (вылет електрода L — 50 мм); б — влияние вылета олектрода (7СВ = = .'(00 Л);

7 — область неустойчивого горения дуги; в области II поры есть; в области III пор нет

Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристаллизацию расплавленного металла, также ухудшает усло­вия образования шва в пространственных положениях, отличных от нижнего. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, — повы­шенная вероятность образования в швах нор, вызываемая нали­чием пустот в проволоке. Кроме того, нерасплавившиеся компо­ненты сердечника, переходя в сварочную ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора, оки­сление и восстановление углерода при нагреве и плавлении фер­ромарганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут привести к образованию в металле сварочной ванны газо­вой фазы. В результате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.

В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возник­новения в швах пор (рис. 1)2). Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполпитель при хранении про­волоки, а кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.

Порошковую проволоку можно использовать и при сварке в углекислом газе. Вероятность образования в швах пористости в этом случае снижается. В зависимости от состава наполнителя для сварки используют постоянный ток прямой или обратной по­лярности от источников с жесткой или крутопадающеи характе­ристикой.

§ 6. СНАРКА И РЕЗКА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕЙ

Сущность способа. Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации
тем выше, чем выше тем­пература газа. В централь­ной части сварочной дуги газ нагрет до температур Г) 000 -30 000° С, имеет вы­сокую электропровод­ность, ярко светится и представляет собой типич­ную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматро­пах, в которых нагрева­ние газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Вдуваемый в камеру газ (рис. 53), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его и о верх постные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагре­ваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свой­ства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50—100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуко­выми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

Дуговую плазменную струю для сварки и резки получают по двум основным схемам (рис. 53). При плазменной струе прямого действия изделие включено в сварочную цепь дуги, активные пятна которой располагаются па вольфрамовом электроде и изде­лии. При плазменной струе косвенного действия активные пятна дуги находятся на вольфрамовом электроде и внутренней или боковой поверхности сопла. Плазмообразующий газ может слу­жить также и защитой расплавленного металла от воздуха. 13 не­которых случаях для защиты расплавленного металла исполь­зуют подачу отдельной струи специального, более дешевого за­щитного газа. Газ, перемещающийся вдоль стенок сопла, менее ионизирован и имеет пониженную температуру. Благодаря этому предупреждается расплавление сопла. Однако большинство плаз­менных горелок имеет дополнительное водяное охлаждение.

Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно исполь­зовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных ме­таллов (обе схемы рис. 53), так и неэлектропроводных материа­лов, таких как стекло, керамика и др. (плазменная струя косвен­ного действия, рис. 53, б). Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от величины сварочного тока и напря­жения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразую - щего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости

3 А. И. Акулов и др.

перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т. д. Гео­метрическая форма струи может быть также различной (квадрат­ной, круглой и т. д.) и определяться формой выходного отверстия сонла.

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют де­журную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сва­рочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким; для питания илазматрона, используе­мого для резки, оптимально напряжение холостого хода источ­ника питания до 300 В.

Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообра­зующего газа используют аргон или гелий, которые также могут быть и защитными. К преимуществам плазменной сварки отно­сятся высокая производительность, малая чувствительность к ко­лебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном ме­талле, через которое плазменная струя выходит на обратную сто­рону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно свари­вать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомен­дуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвен­ного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1—10 А.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте роза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной тол­щине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях оыа более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно - азотные, азого-водородные смеси. Использование для резки смессй газов, содержащих двухатомные гази, энергетически более аффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много і оплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.