Как устроен электрод для сварки

Обновлено: 21.09.2024

Процесс сварки металлов стал одним из основных процессов при создании металлоконструкций, ремонте металлических деталей и прочих операциях. Это достаточно сложный технологический процесс, который требует наличия специального оборудования. Сварочные электроды являются при этом основным расходным материалом. С их помощью и создается шов, который соединяет части металла, образуя неразъемное соединенные. Они расплавляются, образуя молекулярную взаимосвязь одной части с другой, поэтому, для каждой операции нужно подбирать свою разновидность, отвечающую нужным технологическим параметрам.

Сварочные электроды могут пригодиться как в промышленности, так и в частной сфере. Существует масса аппаратов для домашнего использования, причем сами расходные материалы используются в обоих случаях одинаковые, главное правильно их выбирать. Эти вещи используются для:

Соединения отдельных металлических деталей;
Ремонта оборудования;
Заваривания трещин;
Наплавки металла на износившиеся части;
Резки металла.

В зависимости от того для чего нужны электроды, они могут отличаться по толщине, материалу изготовления, покрытию и другим параметрам.

Классификация сварочных электродов

Благодаря тому, что сейчас производится огромная масса их разновидностей, единую классификацию сделать достаточно сложно, поэтому, можно вывести основные параметры, по которым и определяют отличия. Стоит отдельно выделить:

неметаллические, к которым относятся только неплавкие электроды из угля или графита;
Металлические неплавящиеся, такие как итророванные, лантанированные, торированные и самые распространенные – вольфрамовые;
Металлические плавящиеся без покрытия, которые зачастую выглядят как обыкновенная длинная проволока, сейчас применяются редко и в основном для сварки в защитных газах, которые и компенсируют недостаток покрытия;
Металлические плавящиеся с покрытием – самый распространенный тип. Сюда относятся чугунные, стальные, медные, бронзовые, алюминиевые, нержавеющие и прочие сварочные электроды.

Стальные являются особенно большим ответвлением, благодаря наличию множества подвидов с разнообразными легирующими свойствами. По распространенности с ними могут сравниться только чугунные, у которых не так много видов, но которые широко используются в промышленности. Среди видов покрытия также имеется большое разнообразие, так что все это заслуживает отдельной квалификации.

Виды сварочных электродов

Устройство сварочного электрода

Несмотря на то, что область применения сварочных электродов может быть различной, их устройство практически всегда одинаковое. Все они состоят из таких основных элементов как:

Стержень (металлический или неметаллический);
Покрытие (в редких случаях может отсутствовать);
Контактный торец без покрытия.

Стержень является основной частью, которая обеспечивает дополнительный металл, что нужен для соединения отдельных частей. При воздействии высокой температуры он расплавляется, заполняя собой емкость сварочной ванны. Чем больше его состав соответствует тому, с металлом которого его используют, тем выше качества шва.

Покрытие создает защитную среду во время сварки. Благодаря этому в ванну не попадают лишние предметы. Подбор покрытия также зависит от условий сварки и материала, с которым будет вестись работа, так что к выбору стоит отнестись очень ответственно.

Контактный торец служит для зажигания дуги, поэтому он и не имеет покрытия. Допускается небольшое откалывание частей покрытия на этом участке, так как это одно из самых уязвимых мест.

Устройство сварочного электрода

Принцип работы электрода для сварки

Сварочные электроды зажигаются с контактного конца, где появляется электрическая дуга, расплавляющая под действием высокой температуры сам стержень, а также окружающее его пространство в металлических заготовках. Таким образом, в месте образования электрической дуги образуется ванна из расплавленного металла. Чтобы сделать шов и соединить две части заготовки, сварщик должен перемещать спиралевидными движениями, для лучшей связи вещества, ванну по контуру, где должен проходить шов. Благодаря этому, пик температуры будет смещаться, расплавляя еще несоединенные элементы, а то место, где уже ванна бала заполнена металлом, остывает, образуя неразъемное соединения.

Покрытия

Электроды для сварки имеют несколько видов покрытий, отличающиеся по своему составу и свойствам. Основными из них являются:

Кислое, состоящее из оксида железа, марганца и кремния. При использовании его на металле могут образовываться трещины, когда тот находится в горячем состоянии. При этом шов будет защищен от образования пор, что иногда является более важным моментом. Они хорошо работают даже на ржавом металле.
Рутиловое, состоящее из диоксида титана, или рутилового концентрата. В данном случае образование трещин становится еще более вероятным. Металл при сварке практически не разбрызгивается и полностью входит в шов. Здесь также нет проблем с образовавшейся ржавчиной, так как она не влияет на образование шва.
Ильменитовое, свойства которого являются средним значением между рутиловым и кислым.
Основное, состоящее из карбонатов и фтористых соединений. Это покрытие придает пластичности металлу, а также делает его вязким при механических ударах. Шов получается стойкий к появлению трещин, но если на поверхности будет ржавчина и прочие посторонние предметы, то внутри могут появляться поры и прочие негативные элементы.
Целлюлозное, в состав которого входит до 50% органических элементов, что обеспечивает высокое содержание водорода. Валик шва получается достаточно плотным, что отлично подходит для проведения вертикальной сварки.

Покрытие электродов для сварки

Сварочные электроды-маркировка и значение

Все сварочные электроды имеют свою особую маркировку. За буквами и цифрами скрываются свойства материала, что помогает определиться с выбором и понять, какие именно материалы перед вами находятся. Понять принцип легче всего на примере. Сварочные электроды с маркировкой Э46-ЛЭ3АНО-21-УД Е 43 1(3) РЦ-13 означают, что:

Э-46 – тип изделия. В данном случае предназначается для сварки низкоуглеродистых и углеродистых сталей. Предел прочности при разрыве равняется 46 кгс/мм 2 .
ЛЭ3АНО-21 – марка электрода.
У – назначение. Используется для сварки низкоуглеродистых и углеродистых сталей пределом прочности на растяжение до 588 МПа (60 кгс/мм 2 ).
Д – коэффициент толщины покрытия. Толстое 1,45-1,8.
Е – обозначение наличия покрытия.
43 – предел прочности во время растяжения, который здесь достигает 430 МПа (44 кгс/мм 2 ).
1 – удлинение относительное – 20%.
(3) – минимальное значение температуры, которая еще может оставлять вязкость металла в 34 Дж/см 2 , в данном случае – 20 градусов Цельсия.
РЦ – целлюлозное покрытие.
1 – предназначается для всех положений;
3 – можно варить постоянным током обратной полярности и переменным. Холостой ход трансформатора около 50 В.

Выбор сварочного электрода

Сварочные электроды во всем своем разнообразии представлены на рынке очень широко, так что трудно порой сделать правильный выбор. Следует обозначить главные критерии, на которые стоит обращать внимание. В первую очередь это материал. Ведь материал электрода должен полностью соответствовать тому, с чем он сваривается. Теоретически сварить чугун электродом из нержавеющей стали, а также наоборот, вполне возможно, но высоким качеством это все не будет отличаться. Чем большая идентичность материала, тем лучше будет держаться шов.

Толщина электрода определяется оборудованием, на котором будут вестись работа, а также глубиной пролегания шва. Дело в том, что современные компактные аппараты могут работать, в среднем, с электродами толщиной до 3 мм. Поэтому, покупать более крупные не имеет смысла. Для промышленных аппаратов нет таких ограничений и они могут работать со всеми параметрами. Чем глубже нужно сделать шов, тем большей толщиной должен обладать электрод.

Сварочные электроды еще отличаются по сфере применения. Ведь есть не только стандартные плавкие, но и неплавкие, которые используются для резки металлов. Отдельным видом являются материалы для наплавки, что заполняют недостаток металла в различных частях машин. Твердосплавные электроды для наплавки также подбираются по материалу, для максимального соответствия.

Из чего состоит сварочный электрод – виды покрытий, маркировка, классификация

Чтобы создать условия для стабильного горения дуги, а также придать сварному шву требуемые свойства, используется специальное покрытие сварочных электродов, представляющее собой порошкообразный материал, которым покрывается изделие. От качества такого покрытия напрямую зависят эффективность выполняемой сварки и прочность свариваемых конструкций.

Покрытые сварочные электроды

Свойства компонентов покрытия электрода

Для того чтобы шов вышел хорошего качества, нужны специальные компоненты. Итак, выполняя сварочные работы, в зоне сварки нужно обеспечить создание самых подходящих условий для быстрого и надежного соединения металлических поверхностей. Перечислим основные задачи, которые выполняют электроды со спецпокрытием.

Стабилизация разряда дуги

Чтобы сварная дуга имела максимальную стабильность, электроды покрываются специальными веществами, которые имеют низкую величину потенциала ионизации. Это приводит к тому, что при выполнении сварочных работ дуга насыщается свободными ионами, стабилизирующими процесс горения. Сегодня покрытие электродов может включать в себя такие компоненты, как поташ, натриевое или калиевое жидкое стекло, мел, титановый концентрат, барий углекислый и прочее. Данные покрытия носят название ионизирующих.

Защита области сварки от атмосферных газов

Компоненты, входящие в состав покрытия электрода, способствуют созданию защитного облака, состоящего из диоксида углерода и монооксида углерода, а также участвуют в образовании шлакового слоя, образующегося на сварном шве и укрывающим сварочную ванну от газов, содержащихся в окружающем воздухе. К образующим газ компонентам относятся декстрин, целлюлоза, крахмал, пищевая мука и другие. А шлак образуют каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, титановый концентрат и прочее.

Компоненты покрытия электрода и их свойства

Помимо защиты шва от содержащихся в воздухе газов шлак способствует снижению скорости охлаждения металла и его последующей кристаллизации, что в свою очередь благоприятно сказывается на выходе из свариваемого металла газов и ненужных примесей.

Легирование металла шва

Легирование способствует улучшению ряда свойств сварного шва. Основные металлы, которые способствуют легированию, – это титан, марганец, кремний и хром.

Раскисление расплава

Во время сварки очень важно удалить кислород из металла, для чего используются специальные раскислители – это вещества, вступающие в реакцию с кислородом эффективнее железа, и связывающие его. Это титан, молибден, алюминий или хром, добавляемые как ферросплавы в состав покрытия электрода.

Связывание всех составных элементов воедино

Покрытые электроды нуждаются в крепкой связи покрытия со стержнем, а также всех составляющих элементов покрытия между собой. При этом главным связующим компонентом является силикат натрия или жидкое калиевое стекло. Стоит напомнить, что жидкое стекло (по сути силикатный клей) еще и отлично стабилизирует сварочную дугу, что делает его незаменимым компонентом электродов всех видов.

Особенности покрытий

Состав и толщина используемых покрытий оказывает непосредственное влияние на такие показатели как стабильность электродуги, вязкость расплавленного металла, а также шлака, особенности поведения металла при переходе в сварочную ванну и прочее.

Химический состав покрытия

Выделяют следующие виды покрытий в зависимости от входящих в его состав компонентов.

Рутиловые

В их основе – минерал рутил, который составляет основную часть покрытия, остальные компоненты — это кремнезем, карбонат магния или кальция, ферромарганец. Электроды с рутиловым покрытием отличаются тем, что переход металла в сварочную ванну происходит с минимальным разбрызгиванием. Шов получается ровным, характеризуется легким отделением окалины, что способствует высокому качеству выполняемой работы. Рутиловые электроды также обеспечивают повторное легкое зажигание дуги, делая процесс сваривания более быстрым. Также к достоинствам такого покрытия относится то, что оно безопаснее для здоровья сварщика.

Рутиловые электроды бывают не только чистого типа, но еще и смешанного: рутилово-основные, рутилово-целлюлозные, рутилово-кислые. Вся совокупность электродов с рутиловыми покрытиями позволяет работать практически с любыми видами швов.

Схема сварки покрытым электродом

Основная особенность покрытий этого вида – создание в процессе сваривания большого объема газов и небольшого процента шлаков, что весьма удобно при варке вертикальных швов. Электроды с целлюлозным покрытием могут включать в свой состав органические смолы, тальк, собственно целлюлозу и разные ферросплавы. Единственным недостатком такого покрытия является низкая пластичность металла шва, которая вызвана большим объемом водорода, выделяющимся при сгорании органики, а также повышенная разбрызгиваемость металла.

Основные

В состав таких электродов входят карбонаты магния и кальция, в качестве которых чаще всего выступают мрамор, доломит и магнезит. Лучше всего сварочные работы на таких электродах выполнять при постоянном токе, поскольку при переменном добавляемый в такие электроды (для разбавления шлака) плавиковый шпат может ухудшать качество шва. Но при небольшом количестве плавикового шпата в составе покрытия вполне допускается работать с переменным током.

Электроды с основным покрытием используют при сваривании ответственных стальных конструкций, так как металл получаемого шва обладает высокой пластичностью. К особенностям при работе с такими электродами можно отнести тот факт, что швы получаются довольно грубыми и выпуклыми. Хранить их необходимо в сухом месте, потому что электроды такого типа отличаются высокой гигроскопичностью.

С железным порошком

Внедрение в состав покрытия железного порошка значительно увеличивает производительность труда. Проплавляющая способность дуги увеличивается, что положительно сказывается на качестве сварки соединений с повышенными или неравномерными зазорами, а также облегчает повторное зажигание дуги.

Кислые покрытия

Эти электроды покрываются оксидами железа и марганца, которые выделяют в сварочную дугу значительный объем кислорода. Это уменьшает поверхностное натяжение, придавая металлу большую тягучесть, повышая тем самым ее температуру и делая расплавленный металл более текучим. Что благоприятно сказывается на скорости работы, но повышает опасность подрезов.

Также марганец образует опасные оксиды, которые отрицательно влияют на здоровье сварщика, поэтому в последнее время такие покрытия заменили на рутилово-кислые.

При выборе сварочных электродов следует обязательно учитывать состав их покрытия, вид которого указан в маркировке.

Схема сварочного электрода

Толщина покрытия электродов

ГОСТ 9466-75 регламентирует разделение электродов на несколько типов по толщине, отталкиваясь от соотношения внешнего диаметра электрода D к диаметру стержня d.

Маркировка электродов

Виды и марки электродов насчитывают десятки модификаций, поэтому для успешного ориентирования в их разновидностях была введена универсальная маркировка. Разумеется, по маркировке электрода всегда можно понять, какое покрытие он несет. Основные параметры в данном случае – это толщина и тип покрытия. Помимо этого в маркировке упоминается допустимое пространственное положение сварочного шва, а также род тока.

Пример расшифровки маркировки покрытого электрода

Для примера рассмотрим электрод Э46.

1 – указывает на толщину покрытия (Д – это толстое);
2 – означает тип покрытия (Р – это рутиловое);
3 — говорит о допустимом положении шва (1 – подходит для всех положений);
4 – это род тока (1 – означает переменный и постоянный любой полярности).

Влияние влажности на электроды

Содержащаяся во влажных электродах вода (а именно входящий в ее состав водород) крайне негативно влияет на качество сварных соединений, способствуя образованию трещин и ухудшая стабильность дуги. Чтобы удалить лишнюю влагу перед началом работы рекомендует прокалить электроды, что значительно повышает устойчивость электродуги и благоприятно сказывается на качестве швов. Для сварки особо важных конструкций необходимо использовать электроды с пониженным содержанием водорода.

Маркировка сварочных электродов

Производство покрытий для электродов

При производстве сварочных электродов необходимо не только точно соблюсти количественное содержание всех необходимых компонентов, но и обеспечить их равномерное распределение по всей длине покрытия. Для этого применяется точное оборудование, которое качественно измельчает используемые вещества, просеивает через систему сит, формирует обмазочный состав в нужной консистенции и наносит его на стержень.

После смешивания сухих компонентов к ним добавляют жидкое стекло, которое выступает в качестве связующего элемента, способствующего эффективному превращению сырья в единую массу. Получаемая в итоге паста наносится на электроды методом опрессовки, после чего они поступают в специальные камеры на просушку и дальше – на прокалку.

Грамотный выбор электродов для сварки поможет даже не самому опытному сварщику обеспечить должное качество сварочных работ, а также сэкономит время и средства.

Из чего состоит сварочный электрод

Сварочные электроды являются основным расходным материалом, который используется для сварки. Существует масса разновидностей этих изделий, которые насчитывают более двухсот штук. Они отличаются по следующим параметрам:

Материалу, из которого изготавливается стержень;
Покрытию, которое обволакивает стержень;
Толщине;
Длине;
Сфере применения.

Материал, из этого состоит изделие, служит для образования шва. Но он состоит не только из одного вида металла, поэтому, перед выбором нужно определиться из чего состоит электрод, чтобы знать, на что обращать внимание. От правильности выбора зависит успех сваривания, примерно на столько же, насколько и от мастерства сварщика.

Принцип работы электрода

Принцип работы электрода заключается в следующем. Его помещают одним концом в электрододержатель, который является одним из контактов сети, которая идет от трансформатора. Второй контакт цепи закрепляется на свариваемой детали или сварочном столе, который также является токопроводящим. Когда электрод соприкасается с деталью, то цепь замыкается. Сварщик поддерживает его в слегка приподнятом от поверхности состоянии, чтобы замыкание было не полным, иначе электрод залипает и трансформатор может сгореть. Поэтому, создаются условия, чтобы образовывалась электрическая дуга. На качество работы влияет и материал из чего сделаны электроды для сварки, так как от этого зависит надежность эксплуатации шва.

В большинстве случаев электрическая дуга является негативным явлением, но при сварке помогает расплавлять металл, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Расплавленный металл будет заделывать трещины, сваривать две детали и прочие сварочные процедуры. Практически каждый электрод имеет защитное покрытие, которое придает ему некоторые дополнительные свойства, в зависимости от состава, а также защищает сварочную ванну от постороннего воздействия и попадания лишних предметов, не говоря уже об улучшении свойств плавления.

Конструктивные особенности различных типов

Электроды различаются по типу своего применения, так как от этого зависят все их характеристики. От этого же зависит и из чего делают электроды для сварки, так как его материал должен полностью совпадать с материалом заготовки. Встречаются модели из:

Алюминия;
Чугуна;
Стали различных сортов, в том числе и нержавеющей;
Вольфрама, которые относятся к неплавящимся;
Медные.

Применение электродов для различных материалов

В чистом виде металл очень редко используется и практически в каждом случае состав электрода для сварки может иметь свои легирующие примеси, создающие нужные свойства электрода. На конструкцию это мало чем влияет, помимо длинны и толщины, что уже больше зависит от того, где их будут применять.

Характеристики элементов электрода

Устройство электрода для сварки является предельно простым, так как он состоит из таких элементов как:

Стержень;
Покрытие;
Контактные торец, не имеющий покрытия.

Разобравшись, из чего состоит сварочный электрод, можно более подробно рассмотреть характеристики, ведь у каждого из этих элементов имеются свои особенности, которые влияют на сферу его применения и качество сварки.

Стержень является тем элементом, из которого получается сварочный шов, так как именно он расплавляется от дуги и заполняет ванну. Толщина стержня влияет на глубину, на которую будет залегать шов, а соответственно и на величину ванны. Длина электрода помогает более длительное время вести шов непрерывно, что оказывается очень важным для ответственных объектов, так как каждое прерывание ухудшает общее качество. Материал стержня может считаться основной характеристикой, так как он должен соответствовать тому, что именно будет свариваться.

Покрытие служит для поддержания стабильного горения дуги. Встречаются такие типы как:

С кислым покрытием – куда входит оксид железа, кремния и марганца. Металл на шве в данном случае имеет предрасположенность к образованию трещин в горячем состоянии, но в них не образуются поры, даже если на поверхности имеется ржавчина.
С рутиловым покрытием – в основу которых входит диоксид титана, или как его еще называют, рутиловый концентрат. Вероятность образования трещин здесь еще выше, чем у варианта с кислым покрытием, но итоговый результат шва относится к спокойным сталям. Во время сварки металл практически не разбрызгивается и нет проблем от ржавчины на поверхности.
С ильменитовым покрытием – имеют свойства средние, между кислым и рутиловым.
С основным покрытием – куда входят фтористые соединения и карбонаты. После остывания металл шва получается весьма пластичным и вязкий при механических ударах. У него высокая стойкость при образовании трещин, но при наличии ржавчины на поверхности получается высокая вероятность образования пор.
С целлюлозным покрытием – в этом случае в его составе будет около 50% органических составляющих. Это приводит к повышенному содержанию водорода. Для данного типа характерно образование ровного и плотного валика, что облегчает создание вертикальных швов.

Виды покрытий электродов для сварки

Выбор электрода для сварки

Выбор электрода является ответственным делом, так как здесь нужно учесть:

Покрытие электродов для сварки

Электроды используются для сварки металлических изделий. Для каждого сорта металла стараются подбирать такие расходные материалы, стержень которых будет схожим по составу с заготовкой. Это благотворно влияет на качество, так как шов получает одинаковую структуру, что повышает его крепость. Но это не единственный фактор, который определяет выбор. Обмазка электродов также является весомым параметром, так как от того, насколько она справляется со своими задачами, будет зависеть надежность последующей эксплуатации. Основными функциями являются защита сварочной ванны от негативного воздействия внешних факторов, а также поддержание стабильного горения дуги. Некоторые из вариантов даже обеспечивают такие условия, что можно варить по ржавой поверхности без значительного ухудшения качества соединения.

Виды покрытия электродов

Каждый тип покрытия электродов обладает своими свойствами и имеет специальное уникальное обозначение.

Сварочные электроды для сварки

Кислое. Обозначается буквой «А» в маркировке. В основе состава лежит кремний, марганец, оксиды железа и прочие элементы. Главным недостатком является то, что шов, который выполнен такими электродами, имеет достаточно высокую вероятность покрыться горячими трещинами во время процесса сваривания. Такое покрытие имеют электроды Э 42 и Э 38. В качестве преимуществ можно отметить, что кислая разновидность покрытия электродов для ручной дуговой сварки не обладает склонностью к появлению пор в шве. Это касается даже ржавых заготовок или деталей с окалиной. Они хорошо проявляют себя при дуге любой длине и нормально работают как при постоянном, так и при переменном токе.

Сварочные электроды с кислым покрытием

Целлюлозное. В маркировке обозначается буквой «Ц». Состав покрытия сварочных электродов данного типа содержит наибольшее количество органических веществ, так здесь их около половины. Исходя из названия можно понять, что в основном это целлюлоза. Исходя из степени раскисления, металл в готовом шве соответствует сталям в спокойном и полуспокойном состоянии. Но в нем содержится достаточно большое количество водорода. Обмазка используется на электродах Э46 и Э50. Здесь происходит равномерное образование валика наплавленного металла, если речь идет об односторонней сварке. Электроды хорошо проявляют себя в вертикальном пространственном положении.

Сварочные электроды Э46 с целлюлозным покрытием

Рутиловое. Обозначается буквой «Р» в маркировке. Покрытые сварочные электроды с такой обмазкой содержат в своем составе почти половину рутила. Здесь низкое содержание кремния и кислорода, так что нет риска образования горячих трещин. Наплавленный металл обладает хорошей ударной вязкостью. Газ, который выделяется во время горению дуги, и который служит для защиты сварочной ванны, образуют карбонаты и органические материалы в обмазке. Наплавка покрытыми электродами с такой обмазкой может страдать от окисления только при наличии углекислого газа и паров воды. При правильном соблюдении режимов здесь намечается минимальное содержание водорода, так что в шве не возникает пор. Здесь нужно прокаливать материалы, чтобы избежать подобных проблем. Но слишком высокая температура прокалки может также привести к последующему порообразованию. Электроды с рутиловым покрытием могут применяться даже в тех случаях, когда на поверхности основного металла имеется ржавчина. Они чувствительны к температуре и повышение режима может привести к браку даже при идеально чистой поверхности. По техническим свойствам они превосходят такие виды покрытий сварочных электродов как кислое и основное. Электроды легки в зажигании дуги и могут применяться в разных пространственных положениях.

Основное. В маркировке обозначается буквой «Б». такие виды покрытия электродов для ручной дуговой сварки обладают шлаковой основой для покрытия, в которой содержатся разнообразные минералы. Их еще называются флористо-кальциевыми. В них очень высокий коэффициент образования шлаков. Газ для защиты выделяют минералы, которые входят в состав обмазки сварочных электродов. Наплавленный металл получается слабонасыщенным водородом. Здесь нет органических материалов, что избавляет электроды от источника водорода. Наплавленный металл не склонен к окислению, так что здесь не наблюдается риск образования трещин. В отличие от рутилового покрытия, здесь имеется большое сопротивление сероводородному растрескиванию. Это позволяет применять материалы для сварки трубопроводов.

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.

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.

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.

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 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.

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.

Читайте также: