Виды ручной дуговой сварки. высокопроизводительные способы ручной дуговой сварки

Как проводится

Чтобы правильно сваривать металл электродуговой сваркой, необходимо строго следовать инструкции. Только при этом условии сварной шов будет достаточно прочным и аккуратным.

Пошаговая инструкция:

1. Кромки заготовок зачищаются и обезжириваются, при необходимости производится их резка. К ним приставляется раскаленный электрод. Торец электрода разделяет определенный участок поверхности свариваемой детали на ионы и электроны. В этом пространстве и возникает дуговой разряд;
2. Для того чтобы процесс сваривания происходил быстрее и результат был надежнее, на поверхность сварной арматуры (электродов) наносятся различные вещества. Это может быть кальций, калий, натрий. Они ускоряют процесс разделения металла на частицы;
3. По типу сварки она может производиться открытой дугой (плавлением незащищенным потоком направленных частиц) и закрытой. В открытом положении купли металла насыщаются азотом, что негативно сказывается на качествах шва. Чтобы снизить это влияние электроды покрываются слоем металла. Для производства более выгодно использовать закрытый метод, в котором место сваривания защищено от воздействия кислорода;
4. Когда все подготовительные процессы завершены, нужно установить электрод в инвертор и несколько раз провести концом прута по торцам свариваемых деталей – это зажжет дугу. Аппараты подбираются по типу проводимых работ и в зависимости от особенностей и свойств металлов. После включения сварочного устройства нужно установить ток на нужном уровне, и пока система разогревается, надеть средства безопасности;
5. У разных аппаратов есть различные режимы для сварки, но любые современные устройства изготовлены таким образом, что не дают электродам залипать. Поэтому стараться держать прут на определенном уровне от поверхности нет необходимости;
6. Схема сварки: опереть электрод на поверхность свариваемых деталей и аккуратно медленно вести по зазору. Ванная заполнится жидким металлом, который при застывании образует прочное соединение. Чтобы максимально точно рассчитать мощность, ток и продолжительность воздействия дуги, необходимо воспользоваться операционной картой технологического процесса;
7. Вертикальные швы свариваются короткой дугой. Угол соприкосновения электрода и свариваемой поверхности должен быть прямым, допускается отклонение на 10 градусов. Во избежание наплавления металла в одной точке может использоваться техника елочки, треугольника или многослойное прохождение тонкой дугой. Каждая методика имеет свои особенности, поэтому подбирается нужный способ в зависимости от потребностей и уровня подготовки.

Фото — вертикальная электродуговая сварка

Диаметр электрода

Он определяется диаметром электродной проволоки. Электроды малых диаметров используются для сварки тонких материалов или корневых проходов. Для сварки больших толщин можно применять электроды большего диаметра. С увеличением диаметра необходимо увеличивать ток сварки. Разрешенный для конкретного диаметра конкретной марки электрода диапазон токов должен находиться в диапазоне от минимального, на котором он начинает устойчиво гореть, до значения на 10% ниже того, при котором в результате нагрева проволоки начинает осыпаться обмазка. Этот диапазон достаточно широк, поэтому конкретное значение тока выбирается исходя из толщины металла и пространственного положения сварки. Длина электрода определяется длиной электродного стержня. Она варьируется в зависимости от типа электрода. Некоторые проволоки имеют более высокое электрическое сопротивление. Если стержень слишком длинный, при сварке он может перегреться. Поэтому никелевые и нержавеющие электроды выпускаются длиной в диапазоне от 300 до 350 мм.

Резка металла электродом

Иногда возникает необходимость разрезать массивную металлическую деталь – толстый двутавр или швеллер, металлический пруток. Отрезным диском «болгарки» не везде можно подобраться, да и мощность ее для резки толстого металла должна быть солидной.

В этом случае сварочный аппарат способен выручить, если, конечно, эстетические качества реза не являются важными. Возьмите достаточно толстый электрод и установите ток прямой полярности, примерно в два раза превышающий нужный для сварки этим электродом. Для любительского инвертора он, скорее всего, будет превышать максимальный, поэтому просто поверните регулятор до упора, не забывая о том, что выше было написано о значении коэффициента ПВ.

Главное в начале резки электродом – это прожечь деталь насквозь, чтобы затем, ведя электрод в направлении резки, давать стекать расплавленному металлу в отверстие. Не забывайте, что брызги расплавленного металла будут разлетаться активно и очень далеко.

Технология электрошлаковой сварки

Выбор сварочных материалов (проволоки и флюса)

В таблице ниже приведены рекомендованные и наиболее распространённые сочетания
свариваемых материалов и марок сварной проволоки для них:

Все сочетания, данные в таблице, можно выполнять с использованием флюса марки
АН-8 и АН-99, за исключением сталей 25ХН3МФА и 08Х18Н10Т. Сварку этих сталей
рекомендуется выполнять с применением флюса 48-ОФ-6. Химический состав этих
флюсов должен соответствовать ГОСТ 9087.

Также был разработан флюс марки АН-9, состоящий из CaF2 — 25-30%, CaO — 20-35%,
Al2O3 — 10-15%, SiO2 — 15-20% и ZrO2 — 6-10%. Этот флюс сочетает в себе металлургические
свойства флюса 48-ОФ-6 и технологические свойства флюса АН-8.

Выбор параметров режима сварки

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки являются: падение напряжения
на участке электрод-шлаковая ванна U, скорость подачи проволоки Vе, сила сварочного
тока I, скорость сварки Vсв, глубина шлаковой ванны h, вылет электродной проволоки
l, скорость поперечных колебаний электродов Vк, количество электродов n, сечение
электрода (или сумма сечений всех электродов) S, зазор между кромками g, расстояние
между электродными проволоками d, толщина пластины плавящегося мундштука s_м,
время остановки электродных проволок у ползунов t, толщина свариваемого металла
s.

Правильный выбор режимов и поддержание их на требуемом уровне обеспечивают
хорошее качество сварки. Одной из важных характеристик сварного соединения является
коэффициент формы шва f, который равен отношению ширины металлической ванны
к её глубине. Это соотношение характеризует склонность сварного шва к образованию
холодных трещин, одного из самых частых дефектов электрошлаковой сварки. Среднее
значение f составляет 1,5-4,0.

Величину сварочного тока можно определить по формуле:

I=(0,22Ve+90)n+1,2(Vсв+0,48Vп)ab,

где Vп — скорость подачи пластины; a и b — ширина и толщина, см. Размерности
всех скоростей даны в см/ч.

Скорость подачи электродной проволоки:

Vе= VсвF/S,

где F=gs, см2; S=0,071n, см2.

Практический опыт применения ЭШС показал, что параметры h, l, Vк, t почти не
зависят от толщины свариваемого металла и имеют следующие значения: h=40-50мм,
l=80-90мм, t=4-5с. Ориентировочные значения между параллельными кромками свариваемых
элементов можно выбрать из таблицы:

Выбор количества электродных проволок

Это количество выбирается, исходя из толщины свариваемого металла. Металл,
толщиной не более 50мм, сваривают одной проволокой, 50-120мм — двумя, а метал
толщиной 120-450мм — тремя электродными проволоками.

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком

При выборе числа электродных проволок, следует учитывать толщину пластины плавящегося
мундштука sм. Число электродов рассчитывают по формуле:

n=[(s-40)/d]+1,

округляют до единиц. Оптимальную величину d можно выбрать, исходя из следующих
соотношений:

ЭШС пластинчатым электродом

При варке стали пластинчатым электродом, ширину пластины подбирают равной толщине
свариваемого металла. При использовании двух или трёх пластин, общая их ширина
должна быть на 15-20мм меньше толщины свариваемого металла (15-20мм уходит на
зазор между пластинами). Толщина пластинчатых электродов составляет 10-12мм.
Оптимальная скорость подачи электродов 1,2-3,5 м/ч.

Подготовка деталей к сварке

Подготовка
ведётся в два этапа: предварительный и непосредственный. На предварительном
подготавливают свариваемые кромки, придавая им необходимые геометрические форму,
размеры и класс обработки поверхностей, по которым будут перемещаться устройства,
формирующие сварной шов.

При сварке деталей из конструкционных сталей с толщиной, не превышающей 200мм,
кромки подготавливают газоплазменной резкой, а при толщине более 200мм — мех.
обработкой. При сварке
цветных металлов или легированных сталей также применяют мех. обработку.

Непосредственная подготовка включает в себя сборку деталей под сварку. Результаты,
полученные на практике, показали, что для хорошей фиксации и для устранения
деформаций, возникающих при сварке, сборку деталей выполняют с клиновидным
зазором, расширяющимся кверху. Схема сборки показана на рисунке:

В зависимости от свариваемого материала, способа электрошлаковой сварки, её
режимов и способа закрепления, угол раскрытия может составлять 1-2°. Свариваемые
детали фиксируют при помощи скоб или планок, приваренных вдоль стыка с интервалом
50-80см. По окончании сварки выводные планки и входной карман срезаются газоплазменной
резкой.

Как правильно выбирать покрытые электроды

В первую очередь, при выборе покрытых электродов необходимо проверить будет ли металл шва соответствовать требованиям по механическим свойствам: прочности на растяжение, относительному удлинению и ударной прочности. Применительно к электродами для нелегированных сталей механические свойства могут быть определены по маркировке.

Сварочно-технологические свойства. Сварочно-технологические свойства электродов определяются, в первую очередь, видом его покрытия. Две последние цифры в обозначении электрода дают информацию о стабильности процесса в различных положениях сварки, а также о роде и полярности тока. Электродами рутилового типа выполнять сварку, как правило, легче и поэтому они применяются чаще других типов. Однако этот электродов, также как и электроды с кислым видом покрытия характеризуются достаточно высоким содержанием водорода в металле шва. Электродами с основным видом покрытия выполнять сварку значительно сложнее, так как ими трудно зажигать дугу и, к тому же, ее необходимо поддерживать очень короткой. Однако эти электроды обеспечивают прекрасные механические свойства металла шва.

Легирование металла шва. При сварке легированных сталей выбор электрода, как правило, зависит от требуемого химического состава металла шва. Обычно стремятся, чтобы металл шва имел тот же химический состав, что и основной металл. При сварке разнородных металлов легирование электрода обычно должно соответствовать менее легированному металлу. Однако, при сварке нелегированной и нержавеющей стали предпочтение должно отдаваться высоколегированным электродам с тем, чтобы снизить склонность к закаливанию металла шва, представляющего собой смесь обоих указанных сталей.

Экономические факторы. При выборе покрытых электродов немаловажным фактором является его скорость наплавки, измеряемая в кг/час. Высокопроизводительные электроды, как правило, более предпочтительные в этом отношении, однако их применение ограничено сваркой в нижнем и, иногда, в горизонтальном положениях. Оценить указанное свойство электродов можно по каталогам, которые предоставляются предприятиями изготовителями

При этом, естественно, необходимо обращать внимание на стоимость электродов от разных производителей

При сварке покрытыми электродами сварщик должен стремиться использовать электрод полностью, оставляя огарок длиной не более 50 мм. К сожалению, плохой привычкой некоторых сварщиков является выбрасывание всего лишь наполовину использованного электрода, что приводит к неоправданно высокому их потреблению и частым остановкам при выполнении сварки.

Подготовка к работе

Соединение профильных труб без сварки преимущественно производится при помощи специализированных хомутов и болтов. С течением времени крепеж ослабляется, поэтому при уходе за изделием необходимо постоянно проверять прочность конструкции. Чтобы снизить проблемы при эксплуатации, для сборки конструкции применяется сварка.

Для получения прочного сварного шва требуется подготовить поверхность трубы. Для этого:

отрезки труб обрезаются по требуемой длине;

Использование болгарки для нарезки труб

Обрезать трубы рекомендуется специальными инструментами, например, ножовкой по металлу, что позволяет сделать срез максимально ровным.

• если необходимо соединить элементы под углом, то трубы тщательно подгоняются друг к другу, чтобы зазоров было как можно меньше. Это позволит увеличить качество сварного шва и, как следствие, надежность готового изделия;
• места, где предполагается расположение сварного шва, очищаются от ржавчины, заусенцев и иных посторонних налетов. Любое вкрапление отрицательно влияет на прочность шва. Очистку можно провести простейшей металлической щеткой или специализированной техникой, например, шлифовальной машинкой.

Подготовка поверхности перед сваркой

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.       

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.

По видам и полярностям тока:

• Постоянный: соединяет свариваемые поверхности тонким швом;
• Высокочастотный: плавление электрода проходит струйно, устраняются прорези, привариваются прихваты;
• Импульсный;
• Переменный: используется для резки листов из металла.

По виду защиты от воздействия воздуха:

• Шлаковая;
• Флюсовая;
• Инертно-газовая.

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.

По виду электродов:

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

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.

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.