Основные принципы ручной дуговой сварки

Один из видов неразъемного соединения материалов, проводимый в ручном режиме – это ручная дуговая сварка. Она основана на действии электрической дуги, возникающей при контролируемом коротком замыкании.

Сварщик вручную управляет электродом и при необходимости подает присадочный материал. Хотя производительность ручного метода не высока, его часто используют в домашних условиях. Оборудование для него вполне доступно, и обучиться ручной сварке при желании может каждый.

Краткий обзор технологии

Когда применяется ручная электродуговая сварка, происходит быстрый разогрев металла до температуры плавления воздействием электрической дуги, возникающей как эффект пробоя воздуха между электродом и массой (свариваемыми деталями). В сварной шов вводится дополнительный материал, что позволяет заполнить зазор между свариваемыми деталями.

В точке нагрева образуется так называемая сварочная ванна, которая представляет собой зону смешивания расплавленного металла детали с маериалом присадки.

Вверх всплывает легкий расплавленный шлак — это сгоревшая обмазка плавящегося электрода или остатки стержня неплавящегося. Шлак защищает раскаленный металл от вредного влияния газов, находящихся в атмосфере.

Это влияние может привести к окислению шва и проникновению в его структуру атомов газа, в результате чего шов не приобретет требуемой прочности.

Ручная дуговая сварка производится плавящимся либо неплавящимся электродом. Первый сам по себе является присадочным материалом, второй требует введения в расплав присадочной проволоки.

Существуют различные технологии сварки вручную. Наименее сложная и затратная из них требует наличия только сварочного аппарата переменного или постоянного тока и необходимой амуниции для сварщика, но подходит этот способ, как правило, только для черных металлов, нормально переносящих контакт с кислородом. Для защиты сварочной ванны, где оплавляется сталь и железо, достаточно только среды, выделяемой защитной обмазкой электрода.

Более сложные способы, такие, как, например, аргонодуговая сварка, требуют наличия специальной горелки с соплом, через которую подается аргон либо другой защитный газ.

Сварочную дугу инициирует короткое замыкание при контакте электрода с массой. Температура дуги может достигать 5000 °C.

Назначение

Применение ручной дуговой сварки очень широко — от бытовых работ по дому и даче до промышленности, в том числе высокотехнологичной. Среди основных отраслей промышленности и народного хозяйства, где она используется, можно выделить:

• различные сервисные и ремонтные работы, например, автомобильной техники;
• сварку труб для воды, газа, нефтепродуктов.;
• кораблестроение (сварка листов корпуса);
• многие виды машиностроения.

Принцип ручной сварки часто применяется для наплавок на поверхность детали иного металла. В быту ручным дуговым методом сваривают беседки, скамейки, мангалы, качели, проводят ремонт металлических изделий.

Технические возможности

Ручная сварка имеет существенные ограничения по толщине свариваемых деталей, это ее основной недостаток. Как правило, листы толще 10 мм этим способом не сваривают.

К другим можно отнести сравнительно низкую скорость процесса и прямую зависимость результата от мастерства сварщика. Процесс ручной сварки, как и любой ручной процесс, трудно стандартизировать: результат зависит от многих факторов. Среди них:

• тип источника тока;
• мощь источника;
• характеристика и свойства обрабатываемого сплава;
• толщина кромок;
• соответствие электродов возложенной на них задаче;
• грамотно подобранный режим сварки.

Особенности дуговой сварки заключаются в том, что для ее продуцирования используется сравнительно малое напряжение — и очень большой ток. Напряжение дуги составляет от 30 до 90 В (многие сварочные аппараты для бытового применения рассчитаны на среднее значение — 48 В), но очень большую силу тока — от 90 до 350 А.

Подбор сварочных параметров

Основные параметры дуговой сварки — это сила тока и напряжение (но оно фиксировано). Частота имеет меньшее значение, так как в настоящее время применяются, как правило, установки для сварки постоянным током — инверторы.

Для сварки с помощью электричества, вне зависимости от способа, действует прямая пропорциональная зависимость: чем толще металл, тем больше должна быть сила тока при фиксированном напряжении. Для сравнения: листы толщиной 3 мм варят током 175-185 А, 5 мм — не менее 200 А, 10 мм — 300-330 А.

Настоятельно рекомендуется, во избежание прожига и сильного разбрызгивания металла, варить минимальным током, какой только возможен.

Но при этом очень большое значение имеет также толщина сварочного электрода, и его соответствие по химическому составу тому металлу, который предполагается обрабатывать.

Стандартный электрод для дуговой сварки имеет толщину 3 мм. Он пригоден для сваривания деталей с толщиной кромок 2-3 мм. Для более толстого металла можно руководствоваться правилом, что диаметр электрода должен быть на 1-2 миллиметра меньше толщины металлических пластин, которые с его помощью предполагается соединить.

Максимальная толщина электродов, выпускаемых промышленностью, составляет 6 мм. Они пригодны для сварки десятимиллиметровых стальных листов.

Каждая пачка электродов имеет свою маркировку, указывающую, для каких целей они предназначены.

Что значит маркировка

Невозможно представить ручную дуговую сварку без электродов. Их маркировка определяет, для каких металлов они предназначены, какую толщину и состав покрытия имеют, в в каком положении их надо держать при сварке (вертикально, горизонтально, под углом), для каких металлов предназначаются. Характер маркировки — буквенно-цифровой.

Первой после названия и марки электрода идет буква, определяющая его назначение. У — для низколегированных и среднеуглеродистых сталей, Т — для теплоустойчивых легированных. Буква Н — для наплавок, А — для пластичных металлов.

Далее следует буква, обозначающая толщину покрытия. М — тонкое покрытие, С — среднее, Д — толстое, Г — особо толстое.

Толщина покрытия определяется в процентах по отношению к самому стержню.

Следующая буква кода означает тип электрода. Если это буква Е, то электрод плавящийся.

Далее следуют цифры, которые характеризуют предел прочности на растяжение, относительное удлинение и температуру сохранения ударной вязкости. Они имеют значение только для профессиональных сварщиков, работающих на особо ответственном производстве.

За ними идут одна или две буквы, означающие материал обмазки электрода. А означает кислотное соединение, Б — щелочное, Ц — целлюлозное, Р — рутиловое, П — прочие виды. Возможны смешанные типы обмазки, такие, как РЦ.

Последние две цифры кода означают одни из самых важных параметров — положение в пространстве, в котором можно производить ручную дуговую сварку, и характеристики тока для сварки.

Например, код «13» следует читать как 1 и 3. 1 — варить можно в любом пространственном положении, 3 — необходимо использовать ток обратной полярности либо переменный напряжением 50 В.

Разновидности оборудования

Оборудование для ручной дуговой сварки, как правило, представляет собой сварочный аппарат трансформаторного или инверторного типа, снабженный шнуром подключения к источнику питания и двумя контактными шнурами с держателями для электрода и для массы.

Разница между аппаратами в том, что трансформатор варит только переменным током, а инвертор или полуавтомат имеет функцию выпрямления тока для лучшего качества дуговой сварки и возможности работать в прямой или обратной полярности.

При прямой полярности проводящий стержень подключают к минусу, а деталь — к плюсу. Обратная, соответственно, наоборот. Разные виды металлов и сплавов требуют сварки либо в прямом, либо в обратном режиме.

Требования ГОСТа

На ручную дуговую сварку распространяются требования ГОСТа 5264 80 и ГОСТа 11534 75. Это основные нормативы, которыми нужно руководствоваться при сварочных работах.

Первый — ГОСТ 5264 80 — регламентирует технологию создания сварных соединений различной конфигурации из сталей, чистого никеля и сплавов никеля с железом.

Он состоит из большого числа таблиц, в которых приведены чертежи типов соединений, которым нужно соответствовать. В ГОСТе указываются также пределы допустимых погрешностей и другие важные числовые параметры.

ГОСТ 11534 75 описывает основные типы, размеры и конструктивные особенности изделий из низколегированных и углеродистых сталей, которые можно подвергать скреплению методом ручной дуговой сварки плавящимся электродом.

На методологию сварки электродом неплавящимся он не распространяется. Документ также состоит из таблиц, содержащих примеры соединений, допустимые пределы погрешностей, толщины и углы соединяемых деталей.