Особенности ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Литература

• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
• Волченко В. Н. Сварка и свариваемые материалы т.1, 2. -M. Металлургия. 1996
• Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Modern Welding Technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3
• Jeffus, Larry (1999), Welding: Principles and Applications (4th ed.), Albany, New York: Thomson Delmar, ISBN 0-8273-8240-5
• Lincoln Electric (1994), The Procedure Handbook of Arc Welding, Cleveland, Ohio: Lincoln Electric, ISBN 99949-25-82-2
• Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, New York: CRC Press, ISBN 0-8493-1773-8

Технология сварочного производства и виды сварки

Сама по себе теория сварки – достаточно сложная и обширная. Она включает в себя изучение свойств конструкционных материалов на молекулярном уровне. Лишь четкое понимание принципов построения кристаллической решетки того или иного металла и сплава дает возможность правильно подобрать необходимое оборудование и режимы работы.

Современная технология сварочного производства насчитывает более сотни способов сварки как металла, так и неметаллических материалов: стекло, полимеры и т.п. Главные критерии выбора технологии:

• толщина свариваемых деталей;
• химический состав сплава;
• условия работы;
• предел прочности сварного шва;
• условия эксплуатации готового изделия.

Каждый из перечисленных критериев непосредственно влияет на выбор оборудования и технологии сварочного производства в каждом конкретном случае. В современной промышленности активно используются три основных вида сварки:

• термическая – процесс сварки сопровождается расплавлением металла под действие внешних источников тепла, таких как газовая горелка или электрическая дуга;
• термомеханическая – комбинированный способ включает в себя как термическое, так и механическое воздействие (давлением) на свариваемые поверхности, к такому способу относят кузнечную и контактную сварку;
• механическая – процесс полностью исключает воздействие высокой температуры от внешних источников и предполагает использование энергии силы трения, эффекта диффузии под давлением или ультразвуковой сварки.

Существует также три подвида технологии сварочного производства в соответствии с некоторыми ключевыми техническими признаками:

• по виду используемой защищенной среды – флюсовая, аргонная (и другие инертные газы), вакуумная или комбинированная;
• по типу сварного шва – прерывистая и непрерывистая сварка;
• по способу работы – ручная, автоматическая и полуавтоматическая, механизированная и роботизированная.

Благодаря такой несложной классификации можно легко и доступно описать все наиболее распространенное оборудование и технологии сварочного производства.

Ручная электродуговая сварка с применением неплавящихся электродов

Данный способ предполагает использование неплавящихся электродов и является одним из самых распространенных как среди профессионалов, так и среди частных мастеров, использующих
для собственных нужд. Большой выбор разнообразных по мощности и набору дополнительных функции аппаратов способствует популяризации данной технологии.

В качестве основного сварочного оборудования применяют инверторы. Неплавящиеся электроды изготавливают из графита или вольфрама. Данные материалы позволяют образовывать высокотемпературную электрическую дугу, которая расплавляет металл свариваемых деталей, но не вредит самому электроду.

Электродуговая технология сварочного производства сравнительно проста – заготовки соединятся друг с другом и с помощью дуги, появившейся при постукивании электродом о деталь, происходит непосредственный процесс плавления металла.

Ручная электродуговая сварка плавящимися электродами

Сама по себе данная технология сварочного производства не отличается от предыдущей. Исключение лишь в электродах, которые в данном случае изготавливаются из легкоплавких сплавов, насыщенных легирующими элементами. В результате под действием дуги образуется ванна расплава, содержащая не только металл детали, но и материал электрода. Это позволяет избежать выгорания легирующих компонентов и обеспечить высокое качество сварного шва.

В качестве сварочного оборудования в данном случае также используются инверторы. Такая технология, как и предыдущая, отлично подходит для домашнего использования.

Электродуговая сварка в защищенной среде

Это еще одна разновидность сварочной технологии, основанной на использовании электрической дуги. Отличительная особенность от предыдущих двух способов в наличии защищенной среды инертных газов, чаще всего аргона. Это позволяет минимизировать негативное влияние кислорода на расплавленный металл и обеспечить высокую прочность сварного шва.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка

Технология сварочного производства по своей сути также не отличается от остальных способов дуговой сварки за исключением способа подачи плавящегося электрода и его движения вдоль сварного шва. Полуавтоматический способ предполагает подачу стержня специальным механизмом, а в полностью автоматическом режиме автоматизировано и движение электрода по шву.

Приварим намертво, недорого, звоните

Прихватка конструкций перед сваркой.

Основные способы сварки – частое, но неверное определение классификации в данном контексте. Правильнее будет «самые популярные».

Перед вами тройка заслуженных призеров:

1. Ручная дуговая – золото.
2. Газовая – серебро.
3. Полуавтоматическая – бронза.

Каждый призер относится к разным сварочным семействам, по идее их лучше описывать на своих законных местах вместе с близкими «родственниками». Но мы поступим неправильно – представим сварочных чемпионов в начале обзора.

Ручная дуговая сварка РД

Народная любимица №1, самый распространенный вид в быту и в промышленности. Три главных слова в РД – простота, дешевизна, транспортабельность. Физика процесса заключается в плавке специального покрытого электрода, который оставляет за собой след в виде варочного шва. Электроды применяются разные, в зависимости от металла. Дуга – это расстояние между электродом и поверхностью металла, который играет роль второго электрода.

Сварка РД имеет серьезные преимущества перед другими видами:

• способу РД легко научиться;
• варить можно в любых положениях в пространстве;
• варить можно самые разные металлы, в продаже есть электроды на любой вкус;
• доступное транспортабельное оборудование

Газовая сварка

Народная чемпионка №2, заслуженная серебряная медаль. Вот когда сварщики возят с собой газовые баллоны: им нужна смесь кислорода с каким-нибудь горючим газом – ацетиленом, пропаном или бутаном. Физика процесса – тоже плавление, но тепло подается не электродом, а газовой горелкой. Металл поверхностей плавится факелом горелки, процесс происходит плавно и довольно медленно. Чем толще слой металла, тем медленнее он плавится.

В чем газовая сварка лучше других способов:

• отлично варятся цветные металлы;
• оборудование проще, чем электрических методов;
• возможность контролировать смесь и пламя;
• не нужен мощный источник энергии, метод автономен.

Без минусов не обойтись, «газовые» недостатки следующие:

• очень медленный нагрев поверхностей;
• низкая концентрация тепла из-за рассеивания;
• высокая стоимость электричества.

По стоимости электричества дуговые способы могут поспорить с газовыми: при РД электричество тоже тратится нещадно. Но в итоге газовый метод из-за своей «тихоходности» обходится значительно дороже.

Полуавтоматическая сварка

Классификация сварочной дуги.

Бронзовый чемпион, замыкает популярную тройку, но по своим перспективам легко обойдет первых призеров. По сути это вид знакомого нам дугового вида, прогрессивная эволюция РД. Отличается большим количеством технологических нюансов, вариантов, инструкций. Нам достаточно знать то, что «автоматическая часть» метода – это подача сварочной проволоки.

Ручная часть – сам процесс сварки с контролем подачи проволоки. Варить можно с газом (углекислым газом для новичков, аргоном для профессионалов), можно без газа, с подачей прямого тока. Вариант без газа любят в гаражах и на дачных участках, в этом случае нужна специальная порошковая или флюсовая проволока. Когда она горит, образуется газ с парами, которые защищают область горения.

Полуавтомат – безальтернативный метод на СТО: кузовные работы проводятся только с его помощью. В полуавтомате используются газ и специальная проволока вместо привычного электрода. Газ из горелки с проволокой подаются в сварочный рукав. В итоге процесс защищен от воздействия внешней среды. Режимы процесса определяет сварщик в зависимости от толщины металла.

У полуавтоматического метода серьезные преимущества перед другими видами:

• отличное качество шва;
• высокая скорость работы;
• удобство в работе;
• варятся как цветные и черные металлы;
• можно варить заржавевшие или оцинкованные металлы;
• широкий выбор материалов, скромные финансовые затраты.

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)

Азы электросварки

Сварное соединения металла на сегодня — самое надежное: куски или детали сплавляются в единое целое. Происходит это в результате воздействия высоких температур. Большинство современных сварочных аппаратов для расплавления металла используют электрическую дугу. Она разогревает металл в зоне воздействия до температуры плавления, причем происходит это на небольшой площади. Так как используется электрическая дуга, то и сварка называется электродуговой.

Это не совсем правильный способ сварки)) Как минимум, вам нужна маска

Виды электросварки

Электрическая дуга может образовываться как постоянным, так и переменным током. Переменным током варят сварочные трансформаторы, постоянным — инверторы.

Работа с трансформатором — более сложная: ток переменный, потому сварная дуга «скачет», сам аппарат — тяжелый и громоздкий. Еще немало напрягает шум, который издает при работе и дуга и сам трансформатор. Имеется еще одна неприятность: трансформатор сильно «садит» сеть. Причем наблюдаются значительные скачки напряжения. Этому обстоятельству очень не рады соседи, да и ваша бытовая техника может пострадать.

Технология сварочных работ

Для возникновения электрической дуги необходимы два токопроводящих элемента с противоположными зарядами. Один — это металлическая деталь, а второй — электрод.

При касании электрода и металла, имеющих разную полярность, возникает электрическая дуга.  После ее появления, в том месте, куда она направлена, начинает плавиться металл детали. Одновременно плавится металл стержня электрода, переносясь с электрической дугой в зону плавления: сварную ванну.

Как образуется сварная ванна. Без понимания этого процесса вы не поймете, как варить металл правильно (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)

В процессе также горит защитное покрытие, частично плавясь, частично испаряясь и  выделяя некоторое количество раскаленных газов. Газы окружают сварную ванну, защищая металл от взаимодействия с кислородом. Их состав зависит от типа защитного покрытия. Расплавленный шлак также покрывает металл, способствуя еще и поддержанию его температуры. Чтобы правильно варить сваркой, необходимо следить за тем, чтобы шлак покрывал сварную ванну.

Сварной шов получается при движении ванны. А двигается она при перемещении электрода. В этом и заключается весь секрет сварки: нужно с определенной скоростью передвигать электрод

Важно также в зависимости от требующегося типа соединения правильно подбирать его угол наклона и параметры тока

По мере остывания металла на нем формуется корка шлака  — результат горения защитных газов. Она также защищает металл от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. После остывания его оббивают молотком. При этом разлетаются горячие осколки, потому защита глаз обязательна (надевайте специальные очки).

О том, как сделать из баллона или бочки мангал можно прочесть тут. Как раз попрактикуетесь.

Виды дуговой сварки

РД сварка металлоконструкций может проводиться разными способами, которые могут отличаться технологией, видами используемого оборудования и расходных материалов.

Выделяют несколько классификаций, которые пользуются высоким спросом:

• в зависимости от вида механизации — механизированный или автоматизированный способ;
• в соответствии с видом и полярностью тока;
• тип электрической дуги;
• разновидность используемой защиты сварочной области;
• в зависимости от используемых электродов.

Но стоит учитывать, что каждый вид имеет подвиды сварочного процесса. Каждый из них имеет определенную технику проведения. Все же стоит рассмотреть каждую классификацию сварки с использованием дуги.

В соответствии с автоматизацией сварных работ выделяют:

1. Ручного типа.
2. Полуавтоматическая — подача проволоки для сварочного процесса осуществляется автоматически, а движение электрода производится вручную.
3. Автоматического вида — передвижение проволоки и электрода производится автоматически.

В зависимости от вида и полярности тока сварка бывает:

1. С использованием постоянного тока. Осуществляет соединение поверхностей при помощи тонкого шва.
2. С применением высокочастотного тока. Плавление электрода осуществляется струйно, устраняются прорези, привариваются прихваты.
3. Импульсная.
4. С применением переменного тока. Обычно эта технология применяется для разрезания металлических листов.

В зависимости от типа защитного средства от влияния кислорода:

• шлаковая;
• флюсовая;
• инертно-газовая.

Стоит отметить! Все способы защиты могут зависеть от условий и целей рабочего процесса. Главное назначение состоит в предотвращении попадания в сварочную область кислорода, который негативно влияет на прочность шва.

В зависимости от видов используемых электродов:

1. Плавящийся стержень с обсыпкой. Используется для формирования сварочной зоны и соединения кромок.
2. Неплавящийся стержень из вольфрама. Применяется для формирования напылений, восстановления поврежденных или разрушенных заготовок, наваривания наплывов.

В соответствии с условиями горения выделяют:

1. Открытая дуга. Она видима, но наблюдение за ней должно производиться через специальные средства для защиты глаз. Открытый вид применяется при проведении ручной технологии и сварок с защитными газами.
2. Закрытая. Вид дуги невозможно увидеть визуально. Она присутствует в составе расплавленной металлической смеси — флюсе, шлаке.
3. Полуоткрытого вида. Дуга видна. Но видеть возможно только одну часть. Первая имеется в металле, а вторая располагается над ним. Наблюдать за сваркой рекомендуется только через элементы для защиты глаз. Этот вид дуги используется при сваривании алюминия автоматическим способом.

По способу защиты сварной ванны:

• без использования защитных элементов — голый электрод, стабилизирующее покрытие электрода;
• применение шлаковой защиты — под флюсом, толстопокрытые стержни;
• шлакогазовая защита — стержни толстопокрытого типа;
• газовая защита — в газовой среде;
• комбинированные защитные средства — среда из газа, покрытие, флюс.

2 Электроды для ручной сварки – какие используются?

Существует несколько групп электродов. Каждая из них предназначена для соединения различных по составу металлов. Ручная электродуговая сварка может выполняться электродами, предназначенными для сваривания:

• высоколегированных сталей;
• конструкционных легированных сталей;
• низкоуглеродистых и углеродистых сталей;
• теплоустойчивых легированных сплавов.

Характеристики электродов и требования к ним изложены в ряде Государственных стандартов, в частности, следующих:

• 9467–75;
• 9466–75;
• 10051–75.

Стержни для сварки выпускаются со специальными покрытиями, которые обязаны гарантировать стабильное горение электродуги. Только при таких условиях соединение будет описываться требуемыми свойствами (стойкость против ржавления, высокая пластичность и прочность, ударная вязкость и так далее).

Производители добиваются стабильного горения дуги посредством уменьшения ионизационного потенциала промежутка (воздушного) между свариваемой поверхностью и сварочным стержнем. Электродные шлаковые покрытия имеют и защитную функцию (не дают азоту и кислороду воздействовать на место соединения), так как они состоят из шлакообразующих ингредиентов. Под таковыми понимают:

• полевой шпат;
• кварцевый песок;
• каолин;
• титановый концентрат;
• доломит;
• мел;
• марганцевую руду;
• мрамор.

В некоторых случаях в состав покрытий электродов привносят железный порошок, что повышает производительность, с которой работает сварочный аппарат, дуга при наличии такой «добавки» зажигается быстрее и обеспечивает больший объем наплавляемого материала за конкретную единицу времени. Подобные электроды чаще всего применяются для выполнения работ при малых температурах окружающей среды.

Электроды могут иметь покрытия следующих видов:

Сварочный трансформатор

Ручную дуговую сварку обеспечит сварочный трансформатор. При работе с ним применяется электрический ток переменного значения. Ручная сварка для начинающих будет представлять некоторую трудность, обусловленную скачками дуги. Управлять этими скачками можно, но все-таки для этого потребуется хотя бы небольшой опыт.

Помимо этого возникающие скачки напряжения могут привести к тому, что из строя выйдет бытовая техника. Неприятен сильный шум при работе сварочного трансформатора. Большой размер приведет к тому, что понадобится много места для его хранения, а значительный вес вызовет трудности при необходимости перемещения в другое место.

Однако, если в хозяйстве уже имеется этот сварочный агрегат, то пренебрегать этим не стоит и освоить именно на нем все необходимые азы сварки.

Сварка металла для начинающих на трансформаторе должна проходить согласно следующим этапам:

1. Выбрать достаточно толстый кусок металла.
2. Взять один электрод и зажечь дугу. Больше подойдет метод чирканьем. После появления искры отвести электрод назад на два-три миллиметра от поверхности элемента.
3. Круговыми вращательными движениями электрода добиться появления сварочной ванны.
4. Держа электрод под углом 45°, начинать движение его движение по ровной линии, символизирующей шов.

Можно считать, что руку уже немного набили и приступать к соединению двух металлических элементов. Сварка металла для чайников начинается с подготовительных операций. С помощью болгарки убрать с деталей имеющуюся на них грязь и заусенцы. Обезжирить торцы, подлежащие сварке. Делать это надо не только непосредственно на самих торцах, но и на расположенной рядышком поверхности.

Выполнением прихваток можно обеспечить надежную фиксацию свариваемых элементов друг относительно друга. Между деталями допустимо оставлять небольшой зазор. Поскольку шов предполагается делать небольшим, то будет достаточно двух прихваток — в начале шва и в его конце.

Во время выполнения шва необходимо следить за тем, чтобы сохранялся небольшой зазор между электродом и деталями. Также надо выдерживать выбранный угол наклона.

Если тренировка дошла до того, что сваривается вертикальный шов, то делать это надо с регулярным отрывом электрода. Шов будет осуществляться точечно сверху вниз.

Полученный шов следует оценить визуально и сделать соответствующие выводы о возможных совершенных ошибках. К основным из них относятся:

• несоответствующая ширина шва;
• неправильная форма;
• трещины на поверхности;
• участки, оставшиеся непроваренными;
• наличие посторонних инородных частиц.

К наиболее распространенным просчетам также относится неподходящая длина дуги. Эту оплошность новички делают часто. Короткая дуга даст грубый неравномерный шов с большим содержанием шлака. При длинной дуге шов получится неравномерным, а количество раскаленных брызг большим. Нестабильность горения дуги может привести к непроварам.

Неправильно выбранная слишком большая скорость даст неравномерность и большое содержание шлака. При медленном перемещении шов становится неуклюжим. Чересчур маленький ток приведет к неполному сплавлению деталей.

Губительным является недостаточно хорошее проведение подготовительных операций, в частности некачественная очистка поверхностей. Остатки грязи, пятен краски и жира приведут к неполному сплавлению, пробелов в шве и неравномерным участкам. В дальнейшем при эксплуатации возможны деформации.

Свое негативное воздействие окажет неправильно выбранный угол при ведении электродом. Сильный наклон даст неравномерность шва, а при положении, ближе к перпендикулярному, валик получится слишком высоким и с повышенным содержанием шлака. Многие погрешности можно отнести не к недочетам начинающего сварщика, а к неисправному оборудованию.

Такую тренировку на ненужных кусочках металла следует повторить несколько раз до получения удовлетворительного результата.