Принцип работы дуговой сварки: настройка, зажигание дуги, формирование шва

Дуговая сварка — процесс сварки, где источник тепла — электрическая дуга между электродом и деталью. Рассмотрим физику процесса и последовательность действий сварщика.

Подготовка и настройка

1. Оборудование: источник питания (трансформатор/выпрямитель/инвертор) AC или DC. Кабели: один к держателю электрода, второй — «масса» (заземление) к детали/столу.
2. Электрод: потребляемый (облудкованный стержень — SMAW) или непотребляемый (вольфрам — TIG). Диаметр и марка под металл и толщину.
3. Настройка тока: по таблицам/паспорту электрода. Эмпирически: I (А) ≈ 30–40 × d (мм) для облудкованных. Толстый металл — выше ток.
4. Сварщик: СИЗ (маска/щит с фильтром Ч-3/Ч-4, перчатки, спецовка, ботфорты). Очистка кромок (ржавчина, масло, краска) — залог качества.

Зажигание и ведение дуги

1. Зажигание: касательным («по царапке») или удароным (короткое касание и отрыв) движением. Длина дуги ~0.5–1.5 диаметра электрода (2–4 мм).
2. Горение дуги: дуга — плазменный канал с температурой 6000–7000 K. Интенсивное тепло плавит металл электрода и основания → ванник расплава.
3. Защита ванника: облудка электрода (SMAW) или газ (TIG/MIG) дают газо-шлаковую защиту от атмосферы (O₂, N₂, H₂O). Образовавшийся шлак (SMAW) плавает на поверхности, защищает остывающий шов.
4. Наплавка: при SMAW электрод плавится, капли металла переносятся в ванник. При TIG — наплавной стержень вводится вручную в переднюю часть ванника.
5. Вождение: перемещение дуги вдоль стыка с заданной скоростью, качанием (для ширины шва), углом наклона (70–80° вперед). Формируют шов заданной геометрии.
6. Завершение: закратковка кратера (спирально/обратно) для избежания кратерных трещин/пор. Снятие шлака (молоток/щетка) после каждого прохода.

Физико-химические процессы в зоне сварки

• Ионзация газа в дуге → плазма, высокое давление в канале дуги.
• Электронная эмиссия с катода, ионный ток к аноду.
• Выпарение элементов металла, окисление, нитрирование из воздуха (при неполной защите).
• Кристаллизация ванника: дендритный рост от границ проплавления к центру. Структура зоны сварки (ЗС) и ЗТН определяет свойства.

Полярность (для DC)

• Прямая (электрод «–», деталь «+»): больше тепла на детали (70%), глубокое проплавление. Для толстых листов.
• Обратная (электрод «+», деталь «–»): больше тепла на электроде, быстрый сгорание, мелкое проплавление. Для тонких листов, наплавки, нержавейки.

Качество дуговой сварки определяется: чистотой кромок, выбором электрода/проволоки/газа, режимами (ток, напряжение, скорость), мастерством сварщика (длина дуги, качание, угол) и контролем межпроходной температуры.