Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. сущность метода, характеристика покрытий, технология

1 Технология ручной дуговой сварки

Суть процесса заключается в том, что для образования электрической дуги (а также ее поддержания в рабочем состоянии) к свариваемой поверхности и электроду для дуговой сварки подается переменный либо постоянный сварочный ток, поступающий от источника питания. В тех ситуациях, когда данный источник присоединен своим положительным полюсом к конструкции, речь идет о сварочном процессе на прямой полярности. Под обратной же полярностью понимают ситуацию, при которой к конструкции подсоединяется отрицательный полюс.

Металл обрабатываемого изделия, покрытие и стержень электрода, используемого для сварки, расплавляются под влиянием дуги. После этого они попадают в сварочную ванну и смешиваются в ней. При этом на поверхность выделяется расплавленный шлак. Ванна может иметь разные размеры, которые зависят от пространственного расположения сварки, ее режимов, размера и формы кромок, подвергающихся обработке, характеристик сварного шва. В большинстве случаев длина сварочной ванны равняется 1–3 см, ширина – 0,8–1,5 см, глубина – не более 0,6 см.

Под длиной дуги понимают дистанцию между двумя активными пятнами:

• на поверхности (расплавленной) сварочного стержня;
• на поверхности ванны.

Кроме того, плавление электрода осуществляется достаточно медленно, что обеспечивает аккуратный пучок искр. Это приводит к большой глубине проплавления поверхности. Если же данная глубина будет малой, при плавлении сварочный стержень станет активно разбрызгиваться за счет реакции окисления. В результате полученное соединение будет характеризоваться большим содержанием окислов и неровным швом.

Зажигание дуги производится посредством непродолжительного касания электрода (его окончания) к конструкции, предназначенной для обработки. Из-за контактного сопротивления и тока короткого замыкания конец стержня нагревается максимально быстро до повышенной температуры, необходимой для формирования сварочной дуги. Она не возникает тогда, когда сварщик держит электрод слишком далеко от свариваемой поверхности. Как правило, зажигание выполняется на дистанции 4–5 миллиметров от нее.

Плавление покрытия стержня приводит к созданию газовой атмосферы над сварочной ванной и непосредственно вокруг дуги. Указанная атмосфера не позволяет взаимодействовать расплавленному металлу и воздуху, так как вытесняет последний из сварочной зоны. Также воздух не попадает к поверхности ванны за счет того, что шлак покрывает ее и частички расплавленного металла.

Режим ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Режим ручной дуговой сварки включают следующие параметры:

• величина сварочного тока;
• род и полярность сварочного тока;
• диаметр покрытого электрода;
• напряжение дуги;
• скорость сварки;

Выбор величины сварочного тока зависит от разных параметров — диаметра покрытого электрода, вида его покрытия и пространственного положения шва. Величина сварочного тока предопределяет производительность сварки (количество металла, наплавленного за единицу времени) и глубину провара.

При малом токе количества выделяющегося тепла, может быть недостаточно, чтобы расплавить сварочные кромки или ранее наплавленные валики, что может привести к несплавлению и непровару, что приведет к браку.

При слишком большой величине сварочного тока, электрод и основной металл будут быстро сильно плавиться, что может привести к прожогу и наплывам,  которые являются недопустимыми дефектами.

На упаковке с покрытии электродами содержатся рекомендации завода изготовителя по выбору сварочного тока, но можно воспользоваться и формулой для расчета:

I = (35-45)*D 

I — сварочный ток,

D — диаметр электрода.

С учетом толщины стенки свариваемых деталей и пространственного положения шва при сварке, значение сварочного тока поправляют: при сварке деталей толщиной до 3 мм. и при вертикальных и потолочных положениях шва, значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10-15% ниже заданного.

Форма и размер шва зависят от  рода и полярности тока, которые выбирают в зависимости от типа электродного покрытия, марки и толщины основного металла. При постоянного тока обратной полярности количество теплоты выделяющиеся на электроде на 20-40% больше, чем на основном металле и наоборот при сварке на прямой полярности, количество теплоты больше выделятся на основном металле. 

Так при сварке переменным током глубина проплавления будет на 15-20 % меньше по сравнению со сваркой на постоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей, марки стали, формы разделки кромок, пространственного положения, в котором осуществляется сварка, и вида сварного соединения. Применение покрытых электродов большего диаметра не рекомендуется, поскольку это приводит к возникновению ряда дефектов,  непроваров и зашлаковыванию сварного шва. Лучше использовать электроды диаметром 3-4 мм. Когда толщина металла превышает 12 мм и сварку ведется в нижнем положении, можно применять электроды диаметром 4-5 мм. 

При сварке в других вертикальных, горизонтальных и потолочных швов а также корня шва следует использовать электроды диаметром не более 3 мм, при сварке заполняющих слоев и облицовочного, можно применять электроды диаметром до 4 мм.

В зависимости от прочностных и других механических характеристик свариваемых сталей выбирают электроды соответствующего типа и марка.

В процессе ручной дуговой сварки электрод должен совершать определенные поступательно колебательные движения, смотрите рисунок выше.

Если перемещать электрод исключительно в направлении сварки без поперечных колебательных движений, то наплавленный валик будет узким (ниточным). Такой способ применяется при сварке тонколистового металла, и подварке дефектов, а также при сварке когда не допускаются большие тепловложения.

Скорость

Чрезмерная скорость сварки приводит к формированию нитевидного шва, характерными особенностями которого является небольшая ширина и глубина провара. Шлак отбивается очень тяжело. При такой скорости возникает сопутствующая проблема — очень трудно сохранять равномерность движения.

На фото видно: на участке, где скорость движения выше, чешуйки заострены и ширина шва меньше; а там где скорость ниже, чешуйки принимают округлую форму и ширина шва увеличивается. Такой шов может в буквальном смысле оторваться при малейших нагрузках, так как сцепление присадки с основным металлом очень слабое.

В очень редких случаях, например, при сварке в несколько проходов нитевидный шов используется как облицовочный. Таким образом, можно заварить канавку и не оплавить деталь.

Инструменты и оборудование

Техника ручной дуговой сварки относительно простая и выполняется с применением специализированного оборудования и электродов. Также понадобятся вспомогательные инструменты и защитные средства.

Типы оборудования

Существует три вида аппаратов, которыми может выполняться дуговая сварка своими руками:

• трансформаторы. Принцип работы таких устройств основан на переменном токе. Следует отметить что они довольно тяжелые, способны вызывать резкие изменения напряжения в общей электросети и сильно шумят. Выполнить ровный шов на трансформаторе довольно сложно, это под силу только обладающим опытом сварщикам. Но если начинающие мастера пройдут обучение дуговой сварке именно с применением трансформатора, то работать с другим оборудованием будет намного легче;
• выпрямители. Работу приборов обеспечивают полупроводниковые диоды. Агрегаты такого типа переменный ток превращают в постоянный. Это универсальные устройства. Для них подходят практически все электроды и сваривание проводить можно на разных металлах. В сравнении с трансформатором процесс сварки намного проще и сохраняется стабильность дуги;
• инверторы. Работают почти бесшумно. Удобны в применении благодаря компактности и автоматической системе настроек. В процессе работы устройство выдает постоянный ток высокой мощности посредством превращения переменного.

Среди всех аппаратов самыми лучшими считаются инверторы. Они создают стабильную дугу даже при скачках напряжения и отличаются многофункциональностью.

Инструменты и обмундирование

Перед тем как варить электродуговой сваркой, нужно вначале подготовить средства для личной защиты и инструменты:

• аппарат для сварки и электроды к нему. Тем, кто только учится сварочному мастерству, следует приготовить побольше электродов;
• подсобные инструменты. Техника дуговой сварки подразумевает удаление возникшего при сваривании шлака, а для этого понадобится молоток и щетка по металлу;
• защитное обмундирование. Нельзя приступать к свариванию без специальной маски, перчаток и защитной одежды из плотных материалов. Пренебрегать такими средствами не стоит, поскольку от них зависит безопасность человека.

Если вы первый раз работаете с аппаратом и хотите научиться как правильно варить ручной дуговой сваркой, то рекомендовано предварительно подготовить тренировочные металлические элементы.

Зажег дуги

Сварка для начинающих, прежде всего, предполагает умение зажигать дугу, также правильно отрывать электрод от детали после этого. Самоучитель по сварке рекомендует два способа зажигания дуги. Первый из них осуществляется касанием, а второй чирканьем.

Касаются или чиркают поверхность детали, предназначенной для сварки. Можно вначале потренироваться делать это неподключенным к сварочному аппарату электродом. Касание должно быть легким, после чего следует быстро отводить электрод назад. Чирканье напоминает всем известное добывание огня с помощью спичек и спичечного коробка.

Если поджиг дуги производится касанием, то электрод по отношению к поверхности следует держать максимально перпендикулярно, а приподнимать его наверх всего на несколько миллиметров. Быстрое отведение является гарантией того, что электрод не прилипнет к поверхности изделия. Если эта неприятность все же случится, то надо оторвать прилипший электрод, резко отклонив его в сторону. После этого зажигание дуги следует продолжить.

Сварка для чайников рекомендует использовать для зажигания дуги второй способ — чирканьем. Для этого достаточно использовать воображение, представив себе, что чирканье происходит не электродом, а обыкновенной спичкой. В труднодоступных местах этот способ является неудобным, но к начинающим сварщикам это отношения не имеет, поскольку учиться они будут пока на простых соединениях.

К розжигу дуги придется возвращаться еще не раз после того, как электрод полностью сгорит и предстоит его замена на новый.

Поскольку начальная часть шва будет выполнена, то при повторном зажигании придется применить некоторые правила. Вначале сварочный шов надо освободить от шлака, образовавшегося при работе предыдущим электродом. Зажигать дугу следует непосредственно за кратером.

Подготовка к сварке не закачивается розжигом дуги. Затем предстоит формирование сварочной ванны. Для этого электродом придется сделать несколько раз оборот вокруг точки, из которой планируется начать сваривать шов.

Сварочные работы и их обучение включают в себя умение держать дугу после того, как она будет зажжена. Чтобы тренировка прошла удачно, ток на сварочном аппарате следует установить величиной 120 Ампер. Это не только облегчит разжигание дуги, но и снизится вероятность затухания пламени, а также будет обеспечен контроль заполнения сварочной ванны.

Понять, каким образом может происходить контроль ванны, можно, постепенно понижая значение тока. При этом надо увеличить расстояние между концом электрода и деталью для того, чтобы не возникло его прилипание к ее поверхности.

Начинающему сварщику следует быть готовым к тому, что при увеличении длины дуги также увеличится разбрызгивание металла. При сварке длина используемого электрода по мере его сгорания будет неизменно уменьшаться, поэтому для сохранения величины дуги следует его приближать к поверхности изделия на соответствующее расстояние.

Если расстояние станет недостаточным, то металл будет прогреваться плохо и шов получится слишком выпуклым, а края его останутся непроплавленными.

Однако нельзя делать это расстояние и слишком большим, поскольку в этом случае возникнут своеобразные подскоки дуги, что приведет к образованию некрасивого шва с бесформенной формой.

Технология сварочных работ для получения удовлетворительного результата требует выбор правильного расстояния между электродом и изделием. Существует подсказка — оптимальной длиной дуги будет ее размер, не превышающий диаметр электрода, включая его покрытие обмазкой. В среднем это равняется трем миллиметрам.

Наплавка алюминия

Очень часто требуется не сварить детали, а отремонтировать. В ходе эксплуатации детали стираются, требуется нарастить на отдельные части дополнительные наплывы из металла. Наплавка требуется при различных ситуациях:

• Разбитость крепежных частей;
• Появление истертости;
• Выбитость кромок;
• Сколы;
• Разрушение кромок металлорежущих инструментов;
• Изношенность подшипниковых втулок и внутренних поверхностей.

Наплавкой в сварочной терминологии называется процесс восстановление утерянных форм, первоначальных размеров. Наплавка удобна тем, что ее можно расположить на любой поверхности, меняется ее толщина и объемы, происходит ремонт изношенного и дефектного оборудования.

Автоматические способы

Классификация способов сварки с помощью автоматизации:

1. Электродуговая технология.
2. Газоэлектрическая, электрическая дуга защищена газом, чаще всего – инертным типа аргона или гелия.
3. Электрошлаковая технология.

Сварка вольфрамом – схемы применения.

Электродуговой способ: близкая родственница ручной дуговой – автоматическая сварка под флюсом или АФ – разновидность дугового способа с великолепными показателями производительности. Здесь тоже используется плавящийся электрод, вся работа проводится под специальным защитным слоем флюса. В ручном дуговом способе серьезный риск горения в воздухе самой дуги, поэтому сила подаваемого тока ограничена.

При АФ дуга защищена слоем флюса, риска горения нет. Сила сварочного тока никак не ограничена. Это делает возможным глубокое проплавление металла, в результате чего получается шов отличного качества. Слой флюса предотвращает разбрызгивание металла, его потери в процессе. Полная механизация метода позволяет допускать к АФ менее квалифицированных сварщиков. В итоге производительность способа АФ выше ручного дугового в 5 – 10 раз. Будем честными и представим недостатки АФ, их немного:

• флюсы стоят недешево;
• имеется вредное воздействие на оператора;
• работать можно только в ограниченном пространстве.

Преимущества бездуговой технологии:

• качественные плотные швы;
• швы сложной формы;
• отсутствие деформаций, особенно угловых;
• не нужно обрабатывать кромки;
• простота выполнения
• автоматизация труда, минимальное участие человека

Метод применяется в основном для крупногабаритных конструкций.

Сварка неповоротного вертикального стыка

Сварной шов выполняется за два приема. Периметр стыка условно делится вер тикальной осевой линией на два участка, каждый из которых имеет три характерных положения:

• потолочное (позиции 1-3);
• вертикальное (позиции 4-8);
• нижнее (позиции 9-11).

Каждый участок сваривается с потолочного положения. Сварка ведется только короткой дугой:

lmin=0,5 dэ, мм,
где dэ — диаметр электрода.

Оканчивают шов в нижнем положении.

Сварку каждого из участков начинают со смещением на 10-20 мм от вертикальной осевой. Участок перекрыт ия швов — «замковое» соединение — зависит от диаметра трубы и может быть от 20 до 40 мм. Чем больше диаметр трубы, тем длиннее «замок»

Начальный участок шва выполняют в потолочном положении «углом назад» (поз. 1,2). При переходе на вертикальное положение (поз. 3-7) сварка ведется «углом вперед». По достижении позиции 8 электрод ориентируют под прямым углом, а, перейдя в нижнее положение, сварку вновь ведут «углом назад».

Перед сваркой второго участка нужно зачистить начальный и конечный участки шва с плавным переходом к зазору или к предыдущему валику. Сварку второго участка следует выполнять так же, как и первого.

Для корневого шва применяют электрод диаметром 3 мм. Сила тока в потолочном положении 80-95 А. На вертикали ток рекомендуется уменьшить до 75-90 А. При сварке в нижнем положении ток увеличивают до 85-100 А.

При сварке труб с качественным формированием корня шва без подварки проплавление достигается путем постоянной подачи электрода в зазор. Добиваясь проплавления внутри трубы, можно получить шов с выпуклой поверхностью, что по требует последующей механической его зачистки в потолочном положении.

Заполнение разделки труб с толщиной стенки более 8 мм происходит неравномерно. Как правило, отстает нижнее положение. Для выравнивания заполнения разделки необходимо дополнительно наплавить валики в верхней части разделки. Предпоследние слои должны оставить незаполненную разделку на глубину не более 2 мм.

Облицовочный шов сваривают за один или несколько проходов.

Предпоследний валик заканчивают так, чтобы разделка осталась незаполненной на глубину 0,5-2 мм, а основной металл по краям разделки был переплавлен на ширину 1/2 диаметра электрода.

При сварке труб диаметром менее 150 мм с толщиной стенки менее 6 мм, а также в монтажных условиях, когда источник питания удален от места работы, сварку ведут при одном и том же значении сварочного тока. Рекомендует ся подбирать токовый режим но потолочному положению, ток в котором достаточен и для нижнего положения. При сварке на подъеме из потолочною положения в вертикальное, чтобы не было чрезмерного проплавления, следует прибегнуть к прерывистому формированию шва. При этом способе периодически прерывают процесс горения дуги на одной из кромок.

В зависимости от толщины стенки трубы, зазора и притупления кромок рекомендуется выполнять сварку «мазками» одним из способов:

Особенности проведения работ

Электродуговая сварка чугуна и других видов металла должна проводиться правильно. Соблюдение всех принципов и правил позволит получить прочный и качественный сварной шов.

Технология ручной электродуговой сварки включает несколько особенностей:

• На начальном этапе производится зачистка и обезжиривание заготовок, может выполняться их разрезание. К ним требуется приставить раскаленный электрод. Торцевая часть электрода делит область поверхности свариваемого элемента на ионы и электроны;
• Для того чтобы сварка была быстрее, а результат был качественным, на поверхность сварного материала (электрода) следует нанести специальные элементы. В качестве него рекомендуется использовать кальций, калий, натрий. Они ускоряют разделение металла на частицы;
• Сварочный процесс может осуществляться с использование открытой или закрытой дуги. В открытом состоянии в металлическую основу будет проникать много азота, это окажет пагубное влияние на структуру сварного шва. Для снижения этого негативного воздействия на электроды требуется нанести слой металла. В условиях промышленности наиболее оптимальным вариантом будет использование закрытого метода, при его проведении зона сварки будет защищена от воздействия кислорода;
• Далее необходимо установить электрод в оборудование для электродуговой сварки — инвертер. При помощи конца прута требуется провести два раза по торцам свариваемых металлических компонентов — это произведет разжигание дуги. После того как будет включен сварочный аппарат необходимо установить ток на требуемом уровне;
• Во время сварочного процесса электрод опирается на поверхность свариваемых деталей и медленно водится по области зазора. В сварочную ванну поступает жидкий металл, который во время застывания образует прочный и ровный сварной шов. Использование специальной технологической карты позволит точно рассчитать мощность, ток и продолжительность воздействия дуги;
• Сваривание вертикальных швов производится при помощи дуги. Уровень угла соприкосновения электрода и свариваемой поверхности должен быть прямым. Допускается небольшое отклонение на 10 градусов;
• Чтобы предотвратить наплавление жидкого металла в одной области может применяться техника елочки, треугольника или многослойное прохождение тонкой дуги.

Важно! Сварщик во время электродуговой сварки обязательно должен соблюдать все правила и этапы. Каждый метод сваривания подбирается в зависимости от используемого металла и условий проведения сварки (в промышленных или бытовых условиях)

Термический класс сварки

При помощи тепловой энергии, поверхности заготовок, деталей плавят локально. Тепло получают при помощи различных методов, ниже они рассмотрены подробно.

_{Дуговая сварка}

Этот вид наиболее популярен. Для сварочной дуги применятся постоянный, переменный или пульсирующий ток. Дуга производится за счет мощного разряда. Электрод соприкасается с металлом, производится короткое замыкание, при этом инструмент отводится не более чем на 5 мм, за счет такого непрерывного воздействия и происходит нагрев металла. Устойчивость дугового заряда происходит за счет ускорения электродов в электромагнитном поле, затем возникает ионизация газового соединения между анода с катодом.

_{Газовая сварка}

Газовая сварка – это вид сварки плавлением с дополнительным применением газов – кислорода, ацетилена. Тепло, выделяемое в процессе горения газов плавит поверхности вместе с присадочным материалом, тем самым формируя сварочную ванну. Подача газа регулируется с помощью редуктора на баллоне.

_{Электродуговая сварка}

Принцип работы электрической дуговой сварки основан на расплавлении металлов под воздействием электрической дуги. Электрическая дуга образуется за счет увеличения напряжения между двумя электродами, в результате которого происходит электрический пробой. Основа технологического метода электродуговой сварки состоит в коротком замыкании, а если быть точнее, то в насыщении межатомного пространства электрически заряженными частицами. В момент соприкосновения между электродом и изделием протекает ток, возникающая электрическая дуга, температура которой достигает 7000°С, расплавляет металл и образует сварочную ванну.

_{Ручная дуговая сварка}

Аппараты для ручной дуговой сварки широко распространены в быту из-за относительной недороговизмы аппаратов. Так же для этого метода не требуется газ или флюс, так как их функции выполняет электрод. Принцип дуговой сварки сохранен: плавление поверхностей происходит за счет касание электрода к металлическому изделию, которое образует короткое замыкание и происходит зажигание дуги.

_{Сварка неплавящимся электродом (TIG)}

Данная технология схода с газовой сваркой, суть ее заключается в следующем: электрическая дуга зажигается в атмосфере инертного газа между электродом и материалом, таким образом расплавляя металл и присадочный материал. Электрод изготавливают из тугоплавких металлов – вольфрама, циркония, гафния. Данная технология требует высокой квалификации от специалиста.

Сварка в защитных газах

Данный вид сварки может выполняться как плавящимся электродом, так и неплавящимся. Для неплавящихся электродов нужна присадка, а плавящийся электрод сам участвует в процессе создания шва. Инертные газы применяются для обеспечения устойчивости работы дуги. Выбор газа определяет состав свариваемого изделия. Газ подается либо центрально, либо сбоку при повышенных мощностях.

_{Сварка под флюсом}

Применения флюса необходимо для поддержания ровного горения дуги и при формировании сварного шва влияет на его химический состав. Разные составы флюса имеют разные стабилизирующие свойства. Варьируя содержание углерода, серы, марганца и других можно регулировать прочность и устойчивость к холоду.

_{Гипербарическая сварка}

Гипербарическая сварка – это сварка в условиях повышенного давления, например, в воде, либо специально созданной сухой среде. При подводной сварке используется водонепроницаемый электрод который расплавляется и попадает на металл с помощью газового пузыря. Подводная сварка – это один из самых сложных видов работ, которая помимо всего прочего обладает повышенной опасностью поражения электрическим током.

Ручная дуговая сварка: соединения сварные

Для создания надежного соединения, когда толщина металла не менее 7 мм, необходимо подготовить кромки заготовок. С их помощью обеспечивается полный провар заготовок.

На тонком металле делается 1 или 2 шва, а на больших толщинах сначала выполняется корневой проход, а затем полость заполняется наплавляемыми валиками.

ГОСТ «Ручная дуговая сварка» (5264-80) регламентирует, как разделывать края деталей в зависимости от того, какой выбран тип соединения. По форме, различают V, К, Х-образные кромки. Шов может выполняться с одной или двух сторон.

Кромку можно срубить зубилом, но качество достигается самое низкое. Ровные и чистые они получаются на специальных строгальных или фрезерных станках. Если это сделать невозможно, используют кислородную резку.

Особое внимание уделяется очистке кромок от ржавчины, окалины и прочих загрязнений. Это делается стальной щеткой

Для облегчения применяют предварительный подогрев участков пламенем газовой горелки.

Типы сварных соединений определяются взаимным расположением деталей и могут быть следующими:

• стыковое;
• внахлест;
• тавровое;
• угловое.

ГОСТ «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные» (5264-80) различает типы швов по положению в пространстве.

Нижний — самый простой и надежный. Детали располагаются под электродом

Здесь важно не проплавить заготовки.
Горизонтальный — деталь располагается под углом 0-60, а сварка ведется в горизонтальном направлении.
«В лодочку» — установка детали под наклоном и сварка в угол.
Вертикальный — шов делается снизу вверх. Работа усложняется из-за стекания металла.
Потолочный — шов располагается сверху

Сварка ведется короткими импульсами при пониженном токе.

Швы на готовых изделиях проверяются на соответствие требованиям ГОСТ. Ручная дуговая сварка не должна приводить к образованию дефектов, а геометрические и механические характеристики соединений необходимо поддерживать в заданных пределах.