Дуговая сварка

Дуговая сварка

Дуговая сварка является наиболее распространённым способом сварки плавлением, при котором нагрев осуществляется электрической дугой, горящей между электродом и заготовкой. Дуга – это мощный разряд электричества в ионизированной газовой среде, сопровождаемый выделением большого количества теплоты и света.

В зависимости от типа электрода, а также типа дуги различают следующие виды дуговой сварки:

1) сварку неплавящимся электродом (графитовым или вольфрамовым) с помощью дуги прямого действия, при которой соединение получается либо путём расплавления только основного материала, либо с добавлением присадочного материала (рис. 5.5-а ); этот распространённый вид сварки впервые предложен в 1882 г. русским учёным Н. Н. Бенардосом;

2) сварку плавящимся электродом (металлическим) с помощью дуги прямого действия, при которой соединение получается путём одновременного расплавления основного материала и электрода, который пополняет сварочную ванную жидким металлом (рис. 5.5-б ); этот наиболее распространённый вид сварки впервые предложен в 1888 г. русским учёным Н. Г. Славяновым;

3) сварку косвенной дугой. горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами и не имеющей электрической связи со свариваемой заготовкой, в результате чего основной материал нагревается и расплавляется выделяемой теплотой близко расположенной дуги (рис. 5.5-в ); этот вид используется при сварке неэлектропроводных материалов, например, стекла, а также при необходимости уменьшить расплавление основного материала, например, при пайке, наплавке, металлизации или напылении;

4) сварку трёхфазной дугой. горящей между двумя электродами, а также между каждым из них и основным металлом (рис. 5.5-г ); этот вид используется для увеличения мощности сварки и повышения производительности, например, при наплавке.

Электропитание дуги осуществляется постоянным и переменным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При сварке на прямой полярности электрод подключают к отрицательному полюсу (катод, рис. 5.5-а. б ), а при сварке на обратной полярности – к положительному (анод, рис. 5.5-б. справа). Последнее позволяет проводить сварку материалами с тугоплавкими покрытиями и флюсами, поскольку тепловыделение в области анода значительно больше, чем в области катода. Кроме того, сварка на обратной полярности используется для получения качественных соединений алюминия и его сплавов, на поверхности которых образуется прочная и тугоплавкая плёнка оксида Al2 O3. плавящегося при температуре 2050°С и препятствующего соединению. Эта плёнка разрушается, если её бомбардировать не лёгкими электронами, летящими с катода, а обладающими намного большей энергией тяжёлыми ионами, летящими с анода.

Источниками постоянного тока являются сварочные выпрямители и генераторы. Источниками переменного тока являются сварочные трансформаторы, которые более распространены, поскольку проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы постоянного тока. Однако постоянный ток более предпочтителен в технологическом отношении, так как при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку не только на прямой, но и на обратной полярности.

Рис. 5.5 . Основные виды дуговой сварки:

а – неплавящимся электродом; б – плавящимся электродом; в – косвенной дугой; г – трёхфазной дугой: 1 – неплавящийся электрод; 2 – дуга прямого действия; 3 – основной материал; 4 – присадочный материал; 5 – плавящийся электрод; 6 – косвенная дуга; 7 – трёхфазная дуга

Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: 1) короткое замыкание электрода на заготовку; 2) отвод электрода на расстояние 3…6 мм; 3) возникновение устойчивого дугового разряда. Во время зажигания дуги происходит ионизация дугового промежутка, которая непрерывно поддерживается в процессе её дальнейшего горения.

Короткое замыкание (рис. 5.6-а ) выполняется для разогрева торца электрода 1 (катода) и заготовки 2 (анода) в зоне её контакта с электродом. После отвода электрода (рис. 5.6-б ) с его разогретого торца под действием электрического тока начинается термоэлектронная эмиссия электронов 3. Столкновение быстро движущихся от катода к аноду электронов с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации и появлению ионов 4. По мере разогрева столба дуги и повышения кинетической энергии атомов и молекул вследствие их соударения происходит дополнительная ионизация. В результате дуговой промежуток становится электропроводным. Процесс зажигания дуги заканчивается возникновением устойчивого дугового разряда (рис. 5.6-в ). Температура столба дуги 5 зависит от материала электрода и состава газов в дуге и при сварке стальным электродом примерно равна 6000°С, а температуры катода и анода в зонах наибольшего разогрева 6 и 7. соответственно, 2700°С и 2900°С. При этом в области анода, как правило, выделяется значительно больше тепловой энергии, чем в области катода (но при сварке дугой переменного тока температуры анода и катода выравниваются вследствие периодической смены полярности).

Возможно зажигание дуги и без короткого замыкания и отвода электрода. Для этого в сварочную цепь на короткое время подключают осциллятор, т.е. источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения, который создаёт высокочастотный электрический разряд через дуговой промежуток, обеспечивая его первоначальную ионизацию. Такой способ применяют для зажигания дуги при сварке неплавящимся электродом.

Рис. 5.6 . Последовательность процесса зажигания дуги:

а – короткое замыкание; б – отвод электрода; в – возникновение устойчивого дугового разряда: 1 – электрод; 2 – заготовка; 3 – электроны; 4 – ионы; 5 – дуга; 6 – зона наибольшего разгорева катода; 7 – зона наибольшего разгорева анода

Виды дуговой сварки различают также по степени механизации процесса и способу защиты дуги и расплавленного материала.

Ручную дуговую сварку выполняют плавящимися сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают в направлении получаемого шва. Электроды представляют собой проволочные стержни с нанесёнными на их боковую поверхность покрытиями, которые предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения шва заданного состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газо- и шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие.

В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 5.7) дуга 1 горит между электродом 2 и основным металлом 3. Электрод плавится, и расплавленный металл каплями падает в сварочную ванну 4. Вместе с электродом плавится и его покрытие 5. образуя защитную газовую атмосферу 6 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 7 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает, формируя сварной шов 8. на поверхности которого застывший шлак образует твёрдую шлаковую корку 9 .

При толщине стали до 6 мм можно сваривать по зазору без разделки кромок заготовок. При б&#&72;льших толщинах для обеспечения полного провара выполняют одно- или двустороннюю разделку кромок путём их скоса под углом. Стыки толщиной более 10 мм сваривают многослойным швом, в котором толщина каждого слоя составляет около 6 мм.

Дуговая сварка Дуговая сварка Дуговая сварка Дуговая сварка Дуговая сварка Дуговая сварка Рис. 5.7 .Сварка металлическим покрытым электродом: 1 – дуга; 2 – электрод; 3 – основной металл; 4 – сварочная ванна; 5 – покрытие электрода; 6 – защитная газовая атмосфера; 7 – жидкая шлаковая ванна; 8 – сварной шов; 9 – шлаковая корка; vсв – скорость сварки; vп – сорость подачи сварочного металла

Рис. 5.8 . Возможные пространственные

положения сварного шва:

а – нижнее; б – потолочное; в – горизонтальное на вертикальной поверхности; г – вертикальное на вертикальной поверхности

Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов. Она универсальна и удобна при выполнении коротких криволинейных швов в любых пространственных положениях (рис. 5.8), при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Но следует иметь в виду, что сварка горизонтальных и вертикальных швов на вертикальной поверхности (рис. 5.8-в. г ) труднее сварки в нижнем положении (рис. 5.8-а ). Расплавленный металл шва под действием силы тяжести стремится стекать вниз. Поэтому сварку вертикальных швов производят преимущественно снизу вверх, чтобы застывающий металл образовывал опору для вышерасположенного расплавленного металла.

При сварке швов в потолочном положении (рис. 5.8-б ) возможность капания расплавленного металла ещё более увеличивается. Удержание ванночки металла достигается за счёт давления дуги и поверхностного натяжения. Перенос капель металла электрода на основной металл возможен только при наличии короткой дуги, требующей от сварщика хороших навыков. Во избежание попадания расплавленных капель на руку необходимо перемещать электрод по направлению к себе, как это показано на рис. 5.8-б .

Недостатками ручной сварки по сравнению с рассматриваемой далее автоматической сваркой являются низкая производительность, неоднородность качества шва по длине и необходимость высокой квалификации сварщика.

Дуговая сварка

Рис. 5.9 . Автоматическая дуговая сварка под флюсом:

1 – дуга; 2 – электродная проволока; 3 – основной металл; 4 – сварочная ванна; 5 – слой флюса; 6 – жидкая шлаковая ванна; 7 – сварной шов; 8 – шлаковая корка; 9 – механизм подачи; 10 – токопровод; vсв – скорость сварки; vп – скорость подачи сварочного металла

Для автоматической дуговой сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки в направлении образуемого шва, а также процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва полностью автоматизированы.

В процессе автоматической сварки под флюсом (рис. 5.9) дуга 1 горит между проволокой 2 и основным металлом 3. при этом как дуга, так и сварочная ванна жидкого металла 4 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса 5 толщиной 30…50 мм. Часть флюса расплавляется, в результате чего вокруг дуги образуется газовая полость, а на поверхности расплавленного металла – жидкая шлаковая ванна 6 .

Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Вследствие весьма быстрого движения электрода вдоль заготовки и одновременного отталкивания мощной дугой расплавленный металл оказывается сдвинутым назад, т.е. в сторону, противоположную перемещению дуги. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны застывают с образованием сварного шва 7. покрытого твёрдой шлаковой коркой 8. Проволока автоматически перемещается вдоль шва с помощью механизма перемещения и с нужной скоростью подаётся в дугу с помощью механизма подачи 9. Ток к ней подводится через токопровод 10 .

Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной состоят в повышении производительности процесса в 5–20 раз, улучшении качества, повышении стабильности сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварного шва. Автоматическая сварка позволяет сваривать за один проход без разделки кромок металл толщиной порядка 20 мм, что даёт существенную экономию наплавляемого металла по сравнению со сваркой в разделку. Флюс надёжно защищает сварочную ванну, обеспечивает её интенсивное раскисление и легирование вследствие увеличения объёма жидкого шлака, а также сравнительно медленное охлаждение шва под толстым слоем флюса и твёрдой шлаковой коркой, что обуславливает получение более высоких механических свойств наплавленного металла.

Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производстве для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов на металле толщиной до 100 мм. Её используют при производстве сварных прямошовных и спиралешовных труб, котлов, резервуаров, корпусов судов, мостовых балок и других изделий.

Но автоматическую сварку под флюсом экономически невыгодно применять для получения коротких швов сложной траектории. Она также неприменима для получения вертикальных швов вследствие вытекания расплавленных металла и шлака. Неровности свариваемых кромок и колебания зазора при ручной сварке компенсируются сварщиком путём ускорения или замедления процесса сварки. При автоматической сварке это сделать невозможно, шов при этом получается с протёками или чрезмерным усилением и другими дефектами. Поэтому автоматическая сварка требует значительно более тщательной подготовки свариваемых кромок и сборки, чем ручная.

Разновидностью дуговой сварки под флюсом является полуавтоматическая сварка, при которой подача электрода со скоростью vп (рис. 5.9) осуществляется автоматически, а перемещение его по направлению сварки – вручную. Этот способ применяют для получения коротких и криволинейных швов. Производительность полуавтоматической сварки примерно в 4 раза выше, чем ручной.

Дуговая сварка Рис. 5.10 .Сварка в защитных газах

Ещё одной разновидностью дуговой сварки является сварка в защитных газах, в качестве которых обычно используют аргон или более дешёвый углекислый газ. Такую сварку выполняют как неплавящимся, так и плавящимся электродом, причём как ручным, так и автоматическим или полуавтоматическим способом. Если не применять защиту флюсом или шлаком, то расплавленный металл сварочной ванны взаимодействует с кислородом и азотом воздуха, теряя при этом механические свойства по всем показателям прочности и пластичности. Поэтому в данном способе применяют защиту путём создания специальной газовой атмосферы вокруг дуги и зоны сварки. Для этого электрод помещают в сопло, которое под давлением подаёт защитный газ в зону дуги (рис. 5.10). Дуговую сварку в защитных газах выполняют в любых пространственных положениях (например, вертикальном или потолочном, не допускающих использование флюса) и применяют как для соединения достаточно толстого металла, так и для сварки листового металла толщиной 0,2…1,5 мм. Этот вид сварки используют для соединения неповоротных стыков труб газо- и нефтепроводов, элементов ядерных установок, узлов летательных аппаратов, зубьев и ковшей экскаваторов. Дуговую сварку в защитных газах применяют даже под водой. По сравнению с ручной дуговой сваркой сварка в защитных газах обладает более высокой степенью защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и более высокой производительностью.

188.123.231.15 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Электродуговая сварка – виды, методы, технология

Сварка, для выполнения которой применяется зажженная электрическая дуга, является наиболее распространенным способом соединения металлов. Электродуговая сварка, отличающаяся исключительной универсальностью, сегодня успешно применяется практически повсеместно.

Дуговая сварка

Процесс электродуговой сварки

Что собой представляет метод электродуговой сварки

Электродуговую сварку выполняют с обязательным использованием источника большого тока, который при этом отличается невысоким напряжением. Такое напряжение одновременно подается как на сварочный электрод (один контакт), так и на свариваемую заготовку (второй контакт). В результате взаимодействия заготовки и электрода между ними образуется электрическая дуга, именно за счет нее и происходит плавление кромок соединяемых деталей. Использование такой дуги, которая и необходима для преобразования энергии электрического тока в тепловую, позволяет получать в зоне электродуговой сварки температуру порядка 5000 градусов, которой вполне достаточно для того, чтобы расплавить любые из известных человечеству металлов.

Технология электродуговой сварки предполагает одновременное плавление металла электрода и соединяемых деталей, за счет которых и формируется так называемая сварочная ванна. Именно в данной ванне и протекают все процессы, характерные для сварки: металл электрода взаимодействует с металлом соединяемых деталей, образуется шлак, который поднимается на поверхность расплавленной сварочной ванны и формирует защитную пленку.

Электродуговая сварка может выполняться электродами двух типов:

  • не плавящимися в процессе получения сварного соединения;
  • плавящимися.

Дуговая сварка

Электроды для ручной дуговой сварки

Когда для электродуговой сварки используется неплавящийся электрод, для формирования сварного шва применяют специальную присадочную проволоку, вводимую в зону действия электрической дуги. При использовании электродов плавящегося типа, которые сами и формируют сварочный шов, в присадочной проволоке нет необходимости.

Чтобы электродуговая сварка проходила с высокой устойчивостью и дуга не гасла, в состав плавящихся электродов добавляют специальные присадки. Это может быть натрий, калий или другие элементы, отличающиеся хорошей степенью ионизации. Для защиты сварного шва от окисления могут использоваться различные газы:

  • аргон;
  • углекислый газ;
  • гелий.

Для выполнения электродуговой сварки с использованием таких газов необходимо использовать сварочные аппараты, в конструкции которых предусмотрены специальные головки. Через последние и подается защитный газ.

Для выполнения сварки с формированием электрической дуги использоваться может как постоянный, так и переменный ток. В большинстве случаев применение постоянного тока является более предпочтительным, так как это дает возможность минимизировать степень разбрызгивания расплавленного металла.

Характеристики электрической дуги

Электрическая дуга, которая формируется при помощи сварочного аппарата, – это, по сути, электрический разряд, протекающий в среде газов. Электрический ток, который перемещается в ней, получает такую возможность благодаря наличию в ней электрического поля. Такую дугу в целях упорядочения терминологии принято называть сварочной.

Сварочная дуга, которая является основным элементом формируемой электрической цепи, характеризуется снижением напряжения. Если сварочный электрод подсоединяется к плюсовому контакту сварочного аппарата, его называют анодом, если к минусовому — катодом. При выполнении электродуговой сварки с использованием переменного тока катоды и аноды попеременно меняются местами.

Важнейшим параметром сварочной дуги является расстояние между взаимодействующими электродами. Такой промежуток, по которому и протекает электрический ток, называется дуговым. Протекание электрического тока по такому промежутку возможно только в том случае, если в нем присутствуют заряженные частицы — электроны и ионы. Изначально, естественно, таких частиц в данном промежутке не существует. Чтобы они появились, необходимо, чтобы был запущен процесс ионизации.

Дуговая сварка

Структура дуговой сварки

Ионизация дугового промежутка происходит следующим образом: с поверхности катода начинают испускаться электроны, которые и заряжают пары и газы, образующиеся над сварочной ванной. Сварочная дуга бывает:

  • сжатого типа (ее сечение можно изменять при помощи сопла сварочного аппарата, величины электромагнитного поля, параметров газового потока);
  • свободной (ее еще называют дугой прямого действия — параметры дуги данного типа не регулируются, они неизменны).

Виды и методы электродуговой сварки

Сегодня успешно используется несколько методов электродуговой сварки, выбор которых зависит от металлов, из которых сделаны соединяемые детали. Наиболее распространенным методом, используемым для соединения изделий как из черных, так и из цветных металлов, является ручная электродуговая сварка, при которой обязательно обеспечивают защиту сварочной зоны.

Сварка по данному методу выполняется следующим образом. Конец электрода, который подсоединен к электродержателю, начинает нагреваться, когда им прикасаются к соединяемым деталям. Именно в этот момент замыкается электрическая цепь. После того как конец электрода нагрелся, его аккуратно отводят от поверхности деталей на расстояние порядка 5 мм. Протекание электрического тока после такого отвода осуществляется уже через тело зажженной дуги.

Дуговая сварка

Дуговая сварка трубы плавящимся электродом

Чтобы повысить устойчивость дуги, защитить как дугу, так и зону расплавленного металла от негативных внешних факторов, внести в металл шва специальные раскислители, делающие его более чистым, используют специальную обмазку, наносимую на металлический электродный стержень.

Практически по такой же схеме выполняют электродуговую сварку под слоем защитного флюса, для чего применяются специальные сварочные аппараты, преимущественно автоматического типа. Роль электрода при таком методе выполняет сварочная проволока, которая автоматически подается из специальной бобины. При использовании такой технологии можно с высокой скоростью сваривать изделия большой толщины. Конечно, эти изделия необходимо тщательно подготовить к процессу сварки, на что требуется затратить немало времени и усилий.

Большое распространение получила электродуговая сварка, которая выполняется неплавящимся электродом, изготовленным из вольфрама. Делают такую сварку в среде защитных газов, которые подаются через сопло сварочного аппарата. Здесь используются углекислый газ, гелий или аргон. Данную технологию применяют, чтобы соединить детали, изготовленные из нержавеющей стали, никеля или алюминиевых сплавов.

Дуговая сварка

Инверторный сварочный аппарат для электродуговой сварки

Для электродуговой сварки с применением защитных газов может также использоваться и плавящаяся электродная проволока. В зону сварки такая проволока подается из специальной бухты. Защитный газ подается через то же самое сопло, через которое поступает и сварочная проволока. Большим преимуществом данной технологии (которая относится к категории газоэлектрической) является возможность регулировки параметров сварочной дуги за счет незначительного изменения состава защитной газовой смеси.

С помощью этой газоэлектрической технологии можно соединять металлы, отличающиеся высокой химической активностью (медь, нержавеющая сталь, магний и др). Следует отметить несколько наиболее значимых преимуществ данной технологии:

  • возможность легко выполнять электродуговую сварку деталей, находящихся в различном пространственном положении;
  • хороший обзор зоны сварки;
  • возможность выполнять электродуговую сварку с высокой скоростью;
  • высокая чистота сварочных швов;
  • возможность сваривать как очень толстые, так и очень тонкие детали.

Электродуговую сварку можно выполнять при помощи электрода, который имеет трубчатое сечение. Материалами для изготовления таких электродов служат порошковая проволока и смесь флюсов. которые формируют защитный слой сварочной ванны. Присадочным материалом при электродуговой сварке по данной технологии служит сам электрод.

Дуговая сварка это:

Дуговая сварка — процесс, при котором теплота, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счёт электрической дуги. возникающей между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну. которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги. получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

Содержание

История электросварки

1802 год — В. В. Петров открыл явление электрической дуги и указал, что появляющийся «белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются, и от которого тёмный покой довольно ясно освещён быть может».

1803 год — В. В. Петров опубликовал книгу «Известия о гальвани-вольтовых опытах…», где описал способы изготовления вольтова столба, явление электрической дуги и возможность её применения для электроосвещения, электросварки и электропайки металлов.

1882 год — Н. Н. Бенардос изобрёл электрическую сварку с применением угольных электродов.

1888 год — Н. Г. Славянов впервые в мире применил на практике дуговую сварку металлическим (плавящимся) электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины.

1893 год — На Всемирной выставке в Чикаго Н. Г. Славянов получил золотую медаль за способ электросварки под слоем толчёного стекла.

1905 год — В. Ф. Миткевич впервые в мире предложил применять трёхфазную дугу для сварки металлов.

Классификация

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода. вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации различают:

  • ручную дуговую сварку
  • полуавтоматическую дуговую сварку
  • автоматическую дуговую сварку

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

При полуавтоматической дуговой сварке плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают:

  • электрическая дуга. питаемые постоянным током прямой полярности (минус на электроде)
  • электрическая дуга. питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности
  • электрическая дуга питаемая переменным током

По типу дуги различают

  • дугу прямого действия (зависимую дугу)
  • дугу косвенного действия (независимую дугу)

В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами.

  • способы сварки плавящимся электродом
  • способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым)

Сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

По условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.

По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

  • дуговая сварка без защиты (голым электродом. электродом со стабилизирующим покрытием)
  • дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами. под флюсом)
  • дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами )
  • дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов)
  • дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс)

Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.

Защитные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

Наибольшее применение имеют средне — и толстопокрытые сварочные электроды. предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах.

В последнее время получает распространение плазменная сварка, где дуга между инертными неплавящимися электродами используется для высокотемпературного нагрева промежуточного носителя, например — водяного пара. Известна также сварка атомарным водородом. получаемым в дуге между вольфрамовыми электродами, и выделяющем тепло при рекомбинации в молекулы на свариваемых деталях.

Ручная дуговая сварка: технология, ГОСТ

Автор Валерий Пивоваров September 22, 2015

При создании металлоконструкций широко применяется ручная дуговая сварка. Дуговая сварка

Она представляет собой процесс создания неразъемного соединения посредством расплавления металла электрической дугой.

Сущность процесса сварки

Сварка заключается в создании дуги между покрытым защитным слоем электродом и сварочной ванной. Поджиг производится посредством быстрого касания и отведения на небольшое расстояние от поверхности детали металлического стержня. От высокой температуры появившейся дуги он расплавляется и образует сварной шов. Вместе с электродом расплавляется его покрытие, образуя защиту из газа и шлака, предохраняющую металл от окисления. После каждого этапа сварки шлаковый налет удаляется с поверхности шва.

Ограниченная длина электрода вызывает прерывание процесса сварки, так как постоянно приходится менять его на новый. Перерывы в работе являются причиной образования в сварном шве дефектов.

Изготовителем электродов указываются рекомендуемые пределы изменения величины требуемого тока, зависящие от свойств покрытия, толщины стержня и положения сварки.

При разогреве стержня обмазка плавится тоже, создавая поток газа, направленного к сварочной ванне. В результате в нее переносятся капли расплавленного металла. Движение газа настолько интенсивно, что он перемещает металл снизу вверх при сварке в потолочном положении.

Тип и толщина свариваемых деталей

Ручная дуговая сварка применима к нелегированным и легированным сталям толщиной до 50 мм в производстве единичных или мелкосерийных изделий. Тонкий металл (менее 1,5 мм) быстро проплавляется и «проваливается» до появления сварочной ванны. Для него нужны специальные приспособления.

Прочность сварочного соединения металла снижается с увеличением содержания в нем углерода.

Выгодно использовать ручную сварку для изделий толщиной 3-20 мм. Исключением являются единичные швы сложной конфигурации.

Характеристики электродов

Для электродов подбирают специальные материалы стержня и обмазочного слоя, содержащего шлакообразующие, стабилизирующие и другие вещества. Дуговая сварка

Назначения покрытия следующие.

  1. Производство шлака, который обволакивает сварочную ванну и расплавленные капли металла, предохраняя их от окисления кислородом воздуха и влияния паров воды.
  2. Образование защитного газа, образующегося при сгорании органической составляющей покрытия.
  3. Выполнение раскисления металла шва. Кроме того, в обмазке могут находиться легирующие добавки, переходящие из шлака в капли металла.

Электроды для ручной дуговой сварки имеют определенный тип, соответствующий заданным механическим характеристикам наплавленного металла. Буква Э с числом в обозначении его типа указывает на величину временного сопротивления (кг/мм 2 ). Наличие буквы А характеризует высокие пластичность и ударную вязкость.

Положение сварки в пространстве

Сварка допускается во всех положениях, но самым удобным является нижнее, для которого не требуется высокая квалификация исполнителя. Здесь могут применяться электроды больших диаметров, а ток может быть высоким, что позволяет процесс сделать более производительным. При потолочном и вертикальном положениях шва капли металла держатся только за счет поверхностного натяжения. Размер сварочной ванны уменьшается и требуется меньший диаметр электрода.

Условия работы сварщика

Процесс электросварки может производиться в самых разных условиях: в помещениях, на открытом воздухе, на конструкциях, трубопроводах и других объектах. При этом не требуется подача воды, газа, а из применяемых материалов требуются только электроды. Для работы требуется источник питания. Кабели могут удаляться от него на большое расстояние. При этом растут энергетические потери на их нагрев. В отдаленных местах могут использоваться электрические генераторы с приводом от двигателя, работающего на бензине или дизельном топливе.

Снег, дождь и ветер являются помехами, и от них требуется защита рабочей зоны.

Тип сварочного тока

Ручная дуговая сварка осуществляется на переменном или постоянном токе. Для этого применяются специальные электроды, но они могут быть универсальными, предназначенными для обоих типов тока.

Постоянный ток позволяет создать более стабильную дугу, и работать с ним удобней. Расплавленный металл имеет лучший смачивающий эффект, а шов формируется равномерный. Поэтому для сварки мелких изделий или тонких листов этот способ необходим.

Дефекты сварных соединений

К качеству соединений в металле предъявляются технические требования и устанавливаются нормы. Если от них имеются отклонения, которые приводят к снижению работоспособности конструкций и надежности, то появляются дефекты. По причинам возникновения их разделяют на две группы. К первой относятся дефекты, возникающие в процессах кристаллизации металла, а также его остывания: трещины, поры, включения шлака, ухудшение свойств металла на швах и рядом с ними. Во 2-ю группу входят дефекты, связанные с неправильной подготовкой и нарушением режима сварки: подрезы, непровары, наплывы, прожоги, кратеры, отклонения швов от расчетных размеров.

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. Дуговая сварка

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. Дуговая сварка

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:

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

  1. Нижний — самый простой и надежный. Детали располагаются под электродом. Здесь важно не проплавить заготовки.
  2. Горизонтальный — деталь располагается под углом 0-60 0. а сварка ведется в горизонтальном направлении.
  3. «В лодочку» — установка детали под наклоном и сварка в угол.
  4. Вертикальный — шов делается снизу вверх. Работа усложняется из-за стекания металла.
  5. Потолочный — шов располагается сверху. Сварка ведется короткими импульсами при пониженном токе.

Дуговая сварка

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.

Сварочное оборудование

Оборудование для ручной дуговой сварки — это прежде всего специальный аппарат, которым может быть:

  • трансформатор;
  • трансформатор с выпрямителем;
  • инвертор.

Дуговая сварка

Особую популярность приобрели сварочные инверторы. Функции форсирования дуги и антиприлипания позволяют делать относительно качественные швы даже новичкам. Высокая стоимость не останавливает покупателей, благодаря высоким техническим характеристикам и большей надежности.

На рынке можно купить профессиональные устройства с высокой производительностью и для бытового применения, когда нет необходимости в непрерывной работе.

Технология ручной дуговой сварки

Для ручной сварки сначала производится розжиг касанием или чирканьем. Затем электрод отводится на небольшое расстояние, чтобы дуга постоянно горела. Технология ручной дуговой сварки заключается в перемещении стержня в трех плоскостях:

  • приближение и удаление электрода от поверхности заготовки колебательными движениями;
  • движение в направлении формирования шва;
  • формирование валика металла перемещением электрода поперек оси шва.

Сварка труб ручной дуговой сваркой

Для труб применяются обычные способы соединения и положения шва. Они должны соответствовать ГОСТ «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные» (5264-80). К соединениям труб предъявляются особые требования, чтобы они были герметичными и выдерживали заданное давление перекачиваемой среды. Дуговая сварка Поэтому стараются производить сварку труб в нижнем положении, а изделие при этом периодически поворачивается. Их подготовка заключается в создании перпендикулярных торцов с притуплением -2,5 мм и скосом кромок на угол 60-70 0 .

Сварка производится большей частью встык, и для этого сначала делают прихватку в 4 местах трубы. Если ее диаметр превышает 300 мм, расстояние между участками сварки составляет около 200 мм. Длина прихваток составляет около 50 мм. После выполняют сварку трубы по всей окружности.

Заключение

Ручная дуговая сварка производится для соединения деталей в мелкосерийном и единичном производстве. Для получения качественных соединений необходимо иметь подходящий аппарат и электроды, а также обладать навыками подготовки деталей и выполнения сварки.

Похожие статьи

Дуговая сварка

Дуговая сварка

Сварка – это вид работ, который проводится с помощью специального оборудования с обязательным использованием системы защиты глаз и лица от электродуговых вспышек свариваемого металла.

Дуговая сварка – это процесс сваривания, при котором воздействие тепловой энергии оплавляет соединяемые детали. Постоянный ток или ток высокой частоты действует на свариваемую поверхность, скрепляя ее с другими металлическими изделиями. Сварочный шов образуется на месте сварочной ванны, получаемой при воздействии дуги на кромки соединяемых деталей.

Виды дуговой сварки

Дуговую технологию сварки разделяют на определенные группы в зависимости от выбора. Известны несколько классификаций, имеющих наиболее признанное значение:

  • степень механизации процесса: механизированная или автоматизированная;
  • вид и полярность тока;
  • тип электрической дуги;
  • вид защиты сварной ванны;
  • вид электродов.

Дуговая сварка

По степени автоматизации процесса:

  • Ручная (ДГС);
  • Полуавтоматическая: проволока для сварки подается автоматически, а электрод движется вручную;
  • Автоматическая: весь процесс передвижения проволоки и электрода полностью автоматизирован.

к содержанию ↑

По видам и полярностям тока:

  • Постоянный: соединяет свариваемые поверхности тонким швом;
  • Высокочастотный: плавление электрода проходит струйно, устраняются прорези, привариваются прихваты;

Дуговая сварка

  • Импульсный;
  • Переменный: используется для резки листов из металла.
  • к содержанию ↑

    По виду защиты от воздействия воздуха:

    Все виды защиты различны в зависимости от условий и цели работ. Защита предохраняет металл от проникновения в сварочную ванну воздуха, который образует трещины, каверны, усиливает разбрызгивание расплавов.

    Дуговая сварка

    По виду электродов:

    • Плавящиеся с обсыпкой: используются для создания сварочной ванны и склеивания кромок;
    • Неплавящиеся вольфрамовые: применяются для напылений, восстановления разрушенных деталей, наваривания наплывов.

    к содержанию ↑

    По условиям процесса горения:

      • Открытая дуга. Она видима, но наблюдать ее следует только через специальные светофильтры, защищающие глаза. Открытая форма используется при ручном процессе и в защитных газовых сварках ;
      • Закрытая. Форма невидима. Дуга располагается в расплавленном металле – флюсе. шлаке;
      • Полуоткрытая. Дуга видна. Но наблюдать можно только за одной частью. Первая часть находиться в металле, вторая над ним. Смотреть на процесс можно через светофильтры. Такой вид дуги применяется при сварке алюминия автоматическим способом.

    Дуговая сварка

    Дуговая сварка

    По способу защиты сварочной зоны:

    • Без защиты: голый электрод, стабилизирующее покрытие электрода;
    • Шлаковая защита: под флюсом, при толстопокрытых электродах;
    • Шлакогазовая защита: тостопокрытые электроды;
    • Газовая защита: в среде газов;
    • Комбинированная защита: газовая среда, покрытие, флюс.

    к содержанию ↑

    Режимы установки

    Дуговая сварка

    Дуговая сварка подразделяется на режимы:

    с покрытыми электродами – режим MMA;

    Для аргонодуговой сварки с помощью неплавящихся электродов – TIG.

    Оба режима предполагают работу на постоянном токе – DC и на переменном – АС.

    Оба режима обеспечивают плавное регулирование величины поступающего тока, индикацию тока дуги, возможность смены режима. TIG выполняет длинные и короткие швы, продувку тракта газового прохода, плавное снижение величины тока. Возможен бесконтактный поджиг на любом виде тока, регулирование способностей дуги. Она будет проплавлять, очищать поверхности. Режимы легко устанавливаются, не меняются без изменения настроек сварщиком.

    Технология процесса

    Принцип дуговой сварки основан на следующих действиях: От инвертора к электроду идет ток. Он образует дугу за счет создания замкнутого контура между свариваемой поверхностью и электродом. Дуга оплавляет электрод, получается сварочная ванна. Весь процесс точно и строго регламентирован. Он одинаков для всех видов ручной сварки :

    Электрод имеет металлический стержень, покрытый силикатом, флюсом, стеклом. Любой слой при сгорании на высокой температуре образует газовое облако, шлаковые выбросы. Они защищают от проникновения в рабочую среду воздуха, который разрушает металл. В процессе работы образуется связь: электрод – свариваемая деталь. Стержень плавится, двигаясь по месту склейки или дефекта, образуя шов.

    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.

    Видео уроки помогут понять, как проводить сварку. Пошаговая инструкция на видео покажет всю процедуру в последовательности. Как соединять металлические листы, контролировать дуговой промежуток. Будет видно, как формируется сварочный шов, какие могут появиться дефекты. Инвертор предоставляет возможность выполнить работы, которые раньше могли быть проделаны только тяжелым производственным оборудованием. Инвертор достаточно небольшой сварочный аппарат. Он экономичен, удобен в использовании. Основная нагрузка ложится на электрические сети. На инверторной панели выставляется нужная толщина дуги, она зависит от силы тока. Дуга поджигается, начинается процесс. Образуется окалина, шов, лишний металл сбивается металлическими молотками. Сварочный шов при правильном подходе будет крепким и цельным. При нарушении процесса появляется дефектный шов. Для получения идеального шва советуют проделывать круговые движения. Они сформируют нужную толщину наплыва. Инвертор позволяет держать нужный угол наклона, от которого также зависит качество получаемого шва:

    Учитывается полярность. Прямая — дает сниженный ввод тепловой дуги в металл, расплавление узкое, но глубокое. Обратная полярность изменяет шов: он широкий, но неглубокий.

    Методы применения электрических углеродистых сталей

    Углеродистые стали делятся на группы в зависимости от процентного содержания углерода в сплавах:

    • Высокоуглеродистые – 0,6-2,07%;
    • Среднеуглеродистые – 0,25-0,6%;
    • Низкоуглеродистые – меньше 0,25%.

    В зависимости от группы проводится процедура дуговой сварки. Но есть и общие подходы к процессу. Стыковые швы в данном случае чаще свариваются, когда детали находятся в подвешенном состоянии. Оборудование нацелено на то, чтобы шов был прочно проварен, но без прожига металла. Электродуговая сварка позволяет проделать работы с двух сторон, швы могут быть наложены в несколько слоев. Если детали имеют достаточно большую по размерам толщину, то подойдет именно этот вид работ. Но расположение изделий и листов на весу приводит к допущению брака в работе. Для устранения его используют повторно электродуговой способ:

    • Удаляется металл в месте дефекта;
    • Кромки и поверхности зачищаются;
    • Проводится повторное заваривание дефектных мест.

    Если выбран электрошлаковый способ, то используется скобы. Они закрепляют детали и провариваются затем сверху на месте входа в металлические детали. Иногда для закрытия шва при этом способе привариваются планки. Они закрепляют шов, устраняя возможность разрыва конструкции.

    Сварочные выпрямители

    Аппараты, которые преобразуют переменный ток в постоянный ток, необходимый для сварки, называют выпрямителями. Они состоят из следующих составляющих:

    • Силовой трансформатор;
    • Дроссель насыщения;
    • Регулятор напряжения (тока);
    • Выпрямитель (блок)
    • Дроссель;
    • Пускорегулирующие приборы;
    • Измерительное оборудование;
    • Защитная аппаратура.

    Выпрямитель проводит преобразование силовой энергии, он выравнивает нужные показатели электричества для получения нужного качества сварочных работ. Схем составления выпрямительных блоков несколько, их выбирают в зависимости от вида сварки, конструкции силовой части прибора.

    Температура электросварки

    Температура дуги доходит до 7 тысяч градусов. Она выше температуры, которую выдерживает любой из металлов. Именно поэтому и происходит плавление металла и его соединение с другим материалом.

    Техника безопасности

    Дуговая сварка требует от человека особого внимания. Он может быть поражен электрическим током, есть опасность отравиться вредными веществами, выделяемыми при сварочных работах от металла. Сварочная пыль состоит из различных химических соединений:

    Наиболее опасны хром и марганец. Загрязнение воздуха происходит за счет выделения углерода и фтористого водорода. У человека может появиться головокружение, головная боль. Отравление вызовет рвоту. Появится слабость. При сильном воздействии на организм, при слабом иммунитете последствием неправильных работ станут хронические заболевания, обострения.

    Наибольшая степень загрязнения происходит при сварке с покрытыми электродами. Меньше при автоматизации работ. Сварочная дуга дает различные излучения (цветовые, инфракрасные, ультрафиолетовые). Они отрицательно действуют на глаза: зрение слабеет и теряется. Тепло выделяемое при сварке может привести к ожогам.

    Есть ряд требований и правил техники безопасности.

    • Изоляция. Применяются различные защитные ограждения: блокировки, щиты, барьеры.
    • Индивидуальные средства: специальная одежда, рукавицы, обувь, галоши, резиновый шлем.
    • Создание необходимых безопасных условий. Нельзя работать при сильном ветре, дожде, снегопаде.
    • Проверка исправности используемого оборудования.
    • Работа только при наличии разрешения (допуска) или профессионального образования.

    к содержанию ↑

    Обозначение дуговой сварки

    В соответствии со стандартом ГОСТ 2.312 – 68 установлены специальные условные обозначения для чертежей. Чтобы найти или изобразить шов, получаемый пи дуговой сварке, потребуется знать условные знаки, применяемые в строительной документации.

    Шов, который видим, на чертеже рисуется сплошной чертой, невидимый – линией из штрихов. Если сварной является не шов, а только конкретная точка на поверхности, то ее обозначают знаком +. Если точка скрыта от зрения, ее не изображают. Сама сплошная линия имеет разную толщину: для границ выбирается линия более четкая, а для элементов, находящихся внутри или по кромке потребуется тонкая линия. Для упрощения работы с чертежами от каждого изображения шва идет выносная стрелка, которая укажет технический документ.

    Стоимость аппаратов различных видов сварки колеблется в 2 до 170 тысяч. В зависимости от цели и объемов работ можно подобрать оборудование по нужной цене. Ассортимент техники достаточно широк. При выборе потребуется консультация специалиста, только он подскажет, на какой модификации лучше остановиться, какой прибор приобретать.

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *