Форум

Итак, немного истории для затравки...
В 1802 году русский физик-экспериментатор Василий Владимирович Петров соединил последовательно около тысячи гальванических элементов и зажег между выводами получившейся батареи электрическую дугу. Еще и отметил, что этим способом можно плавить металлы.
Прошло восемьдесят лет... Русский инженер Николай Николаевич Бенардос начинает применять электросварку в промышленности - варить паровые котлы. Применяет угольный электрод, а в качестве источника питания использует батарею гальванических элементов. О качестве шва будет отдельный разговор...
Еще через несколько лет Николай Гаврилович Славянов внедряет сварку плавящимся электродом, и разрабатывает генератор постоянного тока в качестве источника питания. Тоже не все просто получается.
Для того, чтобы сварить две детали дуговой сваркой, нам понадобится источник питания - батарея гальванических элементов или генератор мощностью от пяти киловатт, сварочные электроды, покрытые флюсом и реостат для регулировки сварочного тока.
Батарея не подходит сразу по трем причинам - полное отсутствие мобильности, необходимость постоянного обслуживания(редкостно трудоемкого по причине большого количества элементов) и большие затраты, связанные с этим обслуживанием. Генератор же гораздо мобильнее, и не так дорог в обслуживании.
Вот с электродами не все так просто. Бенардос применял угольный электрод, в результате полученный шов сильно загрязнялся углеродом и охрупчивался. Славянов догадался использовать помимо плавяшегося стального электрода еще и флюс. Однако, флюс насыпался на подготовленные детали, что ограничивало положение сварного шва исключительно горизонталью.
Рассмотрим поближе процесс сварки покрытым электродом. Дуга зажигается, температура дуги держится в среднем 5-7 тысяч градусов цельсия, электрод оплавляется, покрытие начинает спекаться, расплавляться и гореть. Газы, выделяющиеся в процессе горения, оттесняют от зоны сварного шва воздух (кислород + азот), и увеличивают стабильность горения дуги, шлак покрывает уже сваренный участок, защищая его от воздействия того же кислорода и азота, и частично раскисляя металл шва.
В покрытие электрода для стабилизации горения дуги вводят соединения щелочных металлов - поташ, мел, в общем - соединения калия и натрия. Для увеличения интенсивности газообразования и связки компонентов вводят органические связующие - декстриновый клей, к примеру. Шлакоформирующие компонетны - полевой шпат, глинозем, кварцевый песок.
Диаметр электрода выбирают из простой зависимости - 0.5 - 0.7 толщины свариваемых элементов. Значение тока - 40-50 диаметров. То есть, для сварки стали толщиной 6мм потребуется электрод с диаметром стержня 3- 4мм и ток 120-160 ампер. Сечение сварочных кабелей выбирают с учетом цифры 5-7А/мм2. Так, при сварке током 150 ампер сечение кабеля составит не менее 15 квадратных миллиметров.
У источника питания есть такой комплекс характеристик, как вольт-амперная характеристика (ВАХ). Для ручной сварки электродами нам нужен источник питания, имеющий крутопадающую или пологопадающую характеристику, поскольку напряжение холостого хода на постоянном токе может доходить до 113 вольт, а при сварке напряжение на дуге не должно быть сильно выше 25-28 вольт. Так же источник питания должен выдерживать ток короткого замыкания (впрочем, не превышающий номинальный ток в полтора раза). Еще один важный критерий - система регулирования сварочного тока. Бывает грубой и точной. Основные методы грубой настройки - секционирование обмоток трансформатора или генератора, применение балластного реостата (самый дешевый вариант - труба с соленой водой, в которую помещен регулируемый по глубине погружения стальной элемент - пластина или прут). Если имеем дело с генератором переменного тока, обмотки можно включать звездой или треугольником - малый и большой сварочный ток соответственно. Тонкая настройка характерна в основном для трансформаторов, заключается в введении в магнитопровод магнитного шунта из той же стали, что и сердечник, или изменении расстояния между первичными и вторичными обмотками.
Вроде много плюсов, но и минусов тоже хватает.
Первый минус - серьезно изменяющееся качество шва в процессе горения одного и того же электрода. Если сразу после зажигания дуги электрод в основной массе еще холодный, то по мере продолжения сварки стальной стержень под действием немалого проходящего тока разогревается. Скорость сгорания электрода меняется, некоторые связующие компоненты из обмазки банально испаряются, обмазка начинает сыпаться.
Второй минус - качество шва серьезно зависит от опыта сварщика. В среднем, до эквивалентного четвертому разряду сварщика можно натренировать за полгода.
Третий минус - придется разработать под проект целую серию приборов - мощный низкооборотистый генератор, измерительную аппаратуру, реостаты.
Итак, где и с какого уровня технического развития можно применить электросварку? Да, собственно, с внедрения паровых машин, ибо до того необходимости в герметичных стальных сосудах не было. Взглянуть на разрез жаротрубного котла - без сварки собрать такой котел очень сложно, и отремонтировать тоже. Варить потребуется не только котлы - часто будет появляться необходимость заварки трещин, пор и прочих дефектов в стальных отливках и даже колоколах (Славянов заварил колоколов общей массой аж 26 тонн). Для тех же паровых машин сварка пригодится для создания станин. Вот сваривать ружейные и пушечные стволы из листа не получится, зато сварка пригодится для приваривания к стволам крепежных элементов. Когда появятся суда со стальным корпусом, электросварка тоже будет востребована.