info@svartek.ru
Сварка — один из ведущих технологических процессов современной промышленности, от степени развития и совершенствования которого во многом зависит уровень технологии в машиностроении, строительстве и ряде других отраслей народного хозяйства. Современная сварочная наука и техника позволяет надежно соединять детали любых толщин и конфигураций- от деталей мельчайших электронных приборов до гигантских частей машин и сооружений.
В настоящее время из дуговой сварки целесообразно выделить плазменную или плазменно-дуговую сварку, которая, наряду с общими признаками, имеет отличия от дуговой сварки. В плазменной сварке основным источником энергии для нагрева материала служит плазма — значительно ионизированный и нагретый газ.
Простейшим видом плазменной сварки можно считать сварку дугой косвенного действия. Представляет интерес дуга косвенного действия, с вдуванием водорода в дугу. Способ носит название атомноводородная сварка.
Следовательно, атомноводородная сварка представляет собой электрохимический вариант сварки плавления. Расплавление основного и присадочного металла происходит, главным образом, за счет тепла электрической дуги и рекомбинации водорода, предварительно диссоциированного вблизи столба независимой дуги между двумя, например, вольфрамовыми электродами.
Отличительная особенность атомноводородной сварки
Отличительная особенность атомноводородной сварки заключается в том, что она представляет собой электрохимический вариант сварки плавления за счет тепла электрической дуги между двумя косвенными электродами и рекомбинации водорода, предварительно диссоциированного вблизи столба независимой электродуги между двумя электродами, например, вольфрамовыми или графитовыми.
Простейшим видом плазменной сварки можно считать сварку дугой косвенного действия.
Дуга зажигается между двумя или несколькими электродами, например, между тремя при питании дуги трехфазным током. Нагреваемый дугой объект в сварочную цепь не включен, поэтому он может быть изготовлен из материала, не проводящего электрический ток (стекло, керамика и т.п.). Электроды- обычно неплавкие из угля или графита; при вдувании защитных газов или помещении дуги в закрытую камеру, заполненную защитным газом, возможно применение вольфрамовых электродов. Наличие неплавких электродов обеспечивает высокую устойчивость дуги: при случайном обрыве катодное пятно довольно долго сохраняет высокую температуру и способность к термоэлектронной эмиссии, и дуга легко зажигается вновь при появлении достаточного напряжения.
При использовании постоянного тока наблюдается неравномерный разогрев электродов, анод нагревается значительно быстрее и при равных сечениях сгорает в 1,5 — 2 раза быстрее катода. Поэтому для питания дуги косвенного действия чаще применяется переменный ток, при этом устойчивость дуги достаточна, скорость сгорания разнополюсных электродов одинакова. Под действием магнитного поля сварочного контура линии тока изгибаются, а отброшенные электрически заряженные частицы при соударениях передают энергию нейтральным частицам и создают поток горящего газа- факел пламени. Температура начальной части факела у столба дуги весьма высока, а с удалением от столба температура падает и в конце факела не превышает 800- 1000? С. Длина факела может оставлять 100- 200 мм. Пользуясь различными участками факела можно получать пламя различной температуры. Представляет интерес дуга косвенного действия, с вдуванием водорода в дугу. Способ носит название атомноводородная сварка.
Дуга переменного тока зажигается между двумя вольфрамовыми электродами; вдоль каждого из электродов в зону дуги подается струя водорода; основной металл не включен в сварочную цепь и не является электродом дуги. Концы вольфрамовых электродов слегка оплавляются, но плавление при нормальных режимах сварки не получает развития и вольфрам расходуется медленно. Столб дуги резко изогнут как под действием магнитного поля, создаваемого электродами и токам, так и под механическим воздействием водородной струи. Столб окружает ослепительно яркий ореол в форме плоского диска. В столбе и пламени атомноводородной дуги происходит диссоциация молекулярного двухатомного водорода в одноатомный по уравнению H2 = 2H. Эта реакция является эндотермической и связана с поглощением значительного количества тепла. Для осуществления диссоциации одного моля водорода нужно затратить 100 000 кал. Степень диссоциации водорода при нагревании зависит от температуры и быстро возрастает с ее повышением. Диссоциированный водород является, таким образом, носителем значительного количества энергии. При понижении температуры атомарный водород снова превращается в обычный молекулярный двухатомный газ, отдавая при этом тепло, затраченное на диссоциацию, по уровнению:
Образование молекулярного водорода особенно интенсивно происходит на поверхности металлов, оказывающих каталитическое действие на эту реакцию. Таким образом, если ввести в пламя атомного водорода металлическую пластинку, то ее поверхность быстро расплавится и образуется сварочная ванна. Процесс образования молекулярного водорода из атомного можно назвать горением, и можно говорить о пламени атомного водорода. Нагревание водорода происходит главным образом за счет столба дуги, длину которого стараются увеличить, поэтому напряжение дуги при атомноводородной сварке обычно составляет 70- 150 в, в среднем 100 в. Атомноводородная горелка показана на рис.3.
Вольфрамовые электроды применяют диаметром 1,5 — 4 мм, сварочные токи 10 — 70 а. Защитным газом обычно служат технически чистый водород или смеси, богатые водородом, например, продукт диссоциации аммиака (2NH3=N2+ 3Н2), азотно- водородная смесь, состоящая из 75% водорода и 25% азота. В присутствии водорода не происходит заметного азотирования металла. Расход водорода при сварке 1 — 3 м3/ч.
Основные преимущества атомноводородной сварки
Основными преимуществами атомноводородной сварки можно считать следующие достоинства:
Качество сварного шва выше, чем при любой электродуговой сварке. Этот метод применяют для изделий, к которым предъявляются повышенные требования по гидроплотности.
Независимая дуга. Электрический ток не проходит через свариваемые детали.
Защитно-восстановительная атмосфера. Водород хорошо защищает металл от окисления.
По измерениям и теоретическим расчетам температура атомноводродного пламени составляет около 3700? С, что значительно выше температуры любого другого газового пламени; например, максимальная температура ацителенокислородного пламени составляет 3200 ?С.
Величина напряжения может регулироваться расстоянием между электродами.
Длина факела может составлять 100- 200 мм. Пользуясь различными участками факела можно получать пламя различной температуры.
Основные недостатки атомноводородной сварки:
Ввиду значительного напряжения атомноводородной дуги для питания ее применяют специальные сварочные трансформаторы с повышенным напряжением холостого хода ( обычно около 300 в ) и со специальными устройствами для защиты сварщика от поражения током.
При высокой температуре дуги водород довольно легко соединяется с углеродом стали, образуя газообразные углеводороды, в результате чего содержание углерода в наплавленном металле может значительно снизиться, несмотря на хорошую защиту от окисления.
Сложность процесса зажигания дуги. Необходимо иметь специальное оборудование для вырабатывания, очистки и диссоциации водорода.
Для питания дуги косвенного действия чаще применяется переменный ток.
В основном применяется для заготовок малых толщин, а для толстостенных заготовок необходимо вводить в зону сварки присадочный материал.
Неудобная технологически форма сварочного пламени.
Приоритетная область применения атомноводородной сварки
Главная область применения атомноводородной сварки — использование ее при сварки специальных легированных конструкционных сталей, а также алюминия и его сплавов. При сварке алюминия необходимо применять флюс, так как водород не восстанавливает окись алюминия. Применение атомноводородной сварки технически и экономически целесообразно лишь на материале малых толщин, примерно 1 — 5 мм.