Сварочные аппараты и генераторы делят на однопостовые — для питания одной дуги и многопостовые — для питания нескольких дуг. Для сварки используют стандартное напряжение тока (220, 380, 500 В).

      На  рис. 5, а приведена схема включения сварочного аппарата переменного тока. Первичная обмотка П трансформатора 4 подключается к сети; ко вторичной обмотке В низкого напряжения (55-65 В) подключается регулятор тока (дроссель) 3. Ток регулируется изменением индуктивного сопротивления дросселя: часть 2 сердечника может перемещаться с помощью винта от вращения рукоятки 1, при этом изменяются воздушный зазор а, индуктивность обмотки реактора и сварочный ток.

      Сварочные генераторы постоянного тока приводятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.

      Генераторы, питающие силовую и осветительную  сети, должны обеспечивать постоянное напряжение независимо от нагрузки (величины тока, идущего потребителям). Внешняя вольтамперная характеристика таких генераторов близка к прямой, параллельной абсциссе (кривая а на рис. 5, б).

      Обмотка сварочных генераторов и трансформаторов  должна быть предохранена от разрушения токами короткого замыкания при возбуждении дуги. Внешняя вольтамперная характеристика этих генераторов и трансформаторов должна быть падающей (кривая б), т. е. напряжение должно уменьшаться с увеличением тока, а при токе короткого замыкания напряжение должно уменьшаться до нуля (точка 1); напряжение холостого хода должно быть достаточным для возбуждения дуги.

      Сварочные генераторы и трансформаторы должны обладать хорошими динамическими свойствами, т. е. мгновенно реагировать на изменение вольтамперной характеристики сварочной дуги. Падающая характеристика в сварочных генераторах обеспечивается воздействием магнитного поля якоря на магнитное поле полюсов генератора, а в сварочных трансформаторах — последовательным включением индуктивного сопротивления — дросселя рис. 5, а).

      Кривая  б вольтамперной характеристики источника питания дважды пересекает кривую в вольт-амперной характеристики дуги; точка 2 характеризует параметры тока при возбуждении дуги, точка 3– параметры его устойчивого горения.

      Для защиты глаз и лица сварщика от действия лучей дуги применяют щитки и  шлемы с темными специальными стеклами, поглощающими ультрафиолетовые лучи.

       Автоматизация электродуговой сварки. При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод по мере его расходования и передвигать дугу вдоль шва. Автоматизация этих приемов приводит к автоматической сварке.

      Сущность  способа автоматической дуговой  сварки под флюсом состоит в следующем. Сварочная головка 5 (рис. 6) подает в зону дуги электродную проволоку 3 из кассеты 6. Для питания дуги, образующейся между основным металлом 2 и электродной проволокой, обычно пользуются переменным током. По мере образования шва 9 головка 5, а с ней и дуга автоматически перемещаются вдоль разделки 1. Вместе с головкой перемещается и бункер 4, из которого в разделку шва перед дугой засыпают гранулированный флюс. Таким образом, сварка протекает под слоем флюса, защищающего наплавляемый металл от воздуха. Часть флюса расплавляется от соприкосновения с дугой и при остывании образует корку 8, покрывающую шов. Сыпучий флюс, оставшийся поверх корки, отсасывается в бункер через сопло и шланг 7. Автоматическая сварка под слоем флюса в 5-10 раз производительнее ручной сварки.

      Дуговая сварка в среде защитных газов. Дуговая сварка в среде защитных газов — углекислом, аргоне или гелии — обеспечивает лучшую, чем при сварке покрытыми электродами или под слоем флюса, защиту от воздействия кислорода и азота воздуха, лучшее использование тепла дуги. Вместе с тем сварка в среде защитных газов не заменяет названные способы сварки, а применяется в машино- и приборостроении там, где эти способы не дают необходимых результатов. Для сварки в струе углекислого газа применяют горелки-держатели (рис. 6). Дуга 4 горит между заготовкой 5 и электродной проволокой 1, которая автоматически подается с постоянной скоростью. Подвод тока к проволоке обеспечивается через контактные сапожки 2. Сварка выполняется на переменном или постоянном токе. Углекислый газ в зону сварки подается через сопло 3; к горелке он поступает от баллона. Образующийся при сварке оксид железа раскисляется марганцем и кремнием, которые в повышенном количестве содержатся в электродной проволоке. Сварку в углекислом газе широки применяют для углеродистой стали, заварки дефектов стальных отливок, наплавки и восстановления изношенных деталей.

      Сварку  в инертных газах (аргоне, гелии или  их смесях) применяют для коррозионно-стойких сталей, титана, алюминия, меди, никеля, их сплавов и сплавов магния. Сварку выполняют плавящимся или неплавящимся электродом, постоянным или переменным током. Общая схема установки для сварки плавящимся электродом аналогична установке при сварке в углекислом газе; электродную проволоку применяют того же состава, что и основной металл. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовую проволоку, которую устанавливают в горелку. Для заполнения разделки кромок в зону дуги вводят присадочный металл.

      Дуговая резка. Резкой с использованием дуги разделяют металл не выжиганием, а расплавлением. Этот способ применяют для резки углеродистой и легированной сталей, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, отделения литниковой системы от отливок и т. д. Дуговую резку производят угольным или металлическим электродом. Автоматическую дуговую резку под флюсом применяют для разделки листов коррозионно-стойкой стали.

Воздушно-дуговую  резку производят угольным или графитовым электродом, который закрепляется в резаке или режущей головке. В контактно-сопловой части резака (головки) имеются отверстия, через которые струи воздуха выдувают расплавленный металл из реза.

      Электродуговая  сварка роботами. В последнее время все шире внедряется электродуговая сварка роботами взамен ручной сварки. При этом помимо высвобождения сварщика от тяжелого труда достигается повышение производительности и качества сварки, определяемое равномерностью и точностью перемещения дуги. Автоматическое программное управление дугой гарантирует отсутствие пор, трещин, незаваренных кратеров, прожогов и других дефектов.

Выплавка стали  в конверторах. Производство стали в кислородных  конверторах. Особенности  процесса

      Сталь – это сплав железа с углеродом, который содержит менее 2 % углерода (обычно не более 1,3 %). Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, фосфор и сера. Кроме углеродистых, в машиностроении и строительстве широко применяют легированные стали, в состав которых для улучшения тех или иных свойств дополнительно вводят хром, никель, молибден и другие элементы.

      Исходными металлическими материалами для  получения стали служат передельный  чугун, стальной лом и ферросплавы. Чугун по сравнению со сталью содержит большее количество углерода и примесей. Поэтому основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах. Основными способами производства стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электродуговой.

      Сталь в конвертерах выплавляют бессемеровским, томасовским и кислородно-конвертерным способами. Недостатками первых двух способов является низкое качество стали из-за повышенной концентрации азота и ограниченность сырьевой базы. Последнее обусловлено необходимостью использования только специальных сортов чугуна со строго регламентированным содержанием кремния, серы и фосфора. Оба способа имеют ограниченное применение.

      Кислородно-конвертерным процессом обычно называют процесс  выплавки стали из жидкого чугуна и добавляемого лома в конвертере с основной футеровкой и с продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму. За время существования процесса было разработано несколько его разновидностей, из которых в настоящее время промышленное применение находят кислородно-конвертерные процессы с донной продувкой и с комбинированной продувкой (рис. 7).

      Первые  опыты по продувке чугуна кислородом сверху были проведены в СССР в 1933 г. инженером. Н.И.Мозговым. В дальнейшем велись исследования по разработке технологии нового процесса. В промышленном масштабе кислородно-конвертерный процесс был впервые осуществлен в 1952–1953 гг. в Австрии на заводах в г. Линце и Донавице.

 Быстрое развитие кислородно-конвертерного процесса объясняется тем, что он, как и  прочие конвертерные процессы, обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным процессами. Основные:

      1) более высокая производительность  одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 140 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);

      2)более  низкие капитальные затраты, т.е.  затраты на сооружение цеха, что  объясняется простотой устройства  конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;

      3) меньше расходы по переделу, в  число которых входит стоимость  электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты  и др.;

      4) процесс более удобен для автоматизации  управления ходом плавки;

      5) благодаря четкому ритму выпуска  плавок работа конвертеров легко сочетается с непрерывной разливкой.

 Кислородный конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд грушевидной формы (рис. 8), футерованный изнутри и снабженный леткой для выпуска стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака. Вместимость существующих конвертеров составляет 50-400 т.

 Профиль рабочего объема, образованный футеровкой обычно имеет вид, показанный на рис. 9. Суживающаяся кверху горловина примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположена суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим днищем. Сужение нижней части и сферическая форма днища предотвращают образование застойных зон при циркуляции металла в конвертерах с верхней продувкой. У малых (<130 т) конвертеров днище для упрощения кладки иногда делают плоским; плоское днище имеют конвертеры донной продувки.

      Основными шихтовыми материалами кислородно-конвертерного  процесса являются жидкий чугун, стальной лом, шлакообразующие (известь, плавиковый шпат и др.), ферросплавы для раскисления и легирования. Постоянно используется также газообразный кислород.

      Плавка в кислородном конвертере включает следующие периоды.

      1. Загрузка лома. Стальной лом в количестве до 25-27 % от массы металлической шихты (при использовании специальных технологических приемов и в большем количестве) загружают в наклоненный конвертер (рис. 10,а) совками. Объем совков достигает 110 м³, его рассчитывают так, чтобы загрузка обеспечивалась одним-двумя совками, поскольку при большем числе возрастает длительность загрузки и плавки в целом. Загрузка длится 2–4 мин. Иногда с целью ускорения шлакообразования после загрузки лома или перед ней в конвертер вводят часть расходуемой на плавку извести.

     2. Заливка чугуна. Жидкий чугун при температуре от 1300 до 1450 °С заливают (рис. 10, б) в наклоненный конвертер одним ковшом в течение 2-3 мин.

3. Продувка. После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение, вводят сверху фурму и включают подачу кислорода, начиная продувку (рис. 10, в). Фурму в начале продувки для ускорения шлакообразования устанавливают в повышенном положении (на расстоянии до 4,8 м от уровня ванны в спокойном состоянии), а через 2-4 мин ее опускают до оптимального уровня (1,0-2,5 м в зависимости от вместимости конвертера и особенностей технологии).

      В течение первой трети длительности продувки в конвертер двумя-тремя порциями загружают известь; вместе с первой порцией извести, вводимой после начала продувки, дают плавиковый шпат и иногда другие флюсы (железную руду, окатыши, боксит и др.). Расход извести рассчитывают так, чтобы шлак получался с основностью от 2,7 до 3,6; обычно расход составляет 6-8 % от массы стали.

      Продувка до получения заданного содержания углерода в металле длится 12-18 мин; она тем больше, чем меньше принятая в том или ином цехе интенсивность подачи кислорода в пределах 2,5-5 м³/(т•мин).

      В течение продувки протекают следующие основные металлургические процессы:

      а) окисление составляющих жидкого металла вдуваемым кислородом;  окисляется избыточный углерод,  а также  весь кремний, около 70 % марганца и немного (1-2 %) железа. Газообразные продукты окисления углерода (СO и немного СO₂) удаляются из конвертера через горловину (отходящие конвертерные газы), другие оксиды переходят в шлак;