Принцип работы дуговой сварки

Обновлено: 20.09.2024

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.

С чего начать обучение дуговой сварки

Электрическая дуговая сварка — один из самых распространённых в наше время способов соединения металлических деталей. Она может быть как автоматической, так и ручной.

И именно с дуговой ручной сварки, как правило, начинают свой профессиональный путь сварщики. Это то, что позволяет начинающим мастерам понять основные принципы работы. При выборе такого способа сварки качество соединений напрямую зависит от квалификации и умений человека.

Особенности процесса

Ручная дуговая сварка имеет несколько явных плюсов:

• её можно выполнять даже в закрытых помещениях;
• благодаря большому ассортименту выпускаемых электродов, дуговая сварка подойдёт для множества различных металлов и сплавов. И если сначала вам нужно варить один металл, а потом другой, никаких проблем не возникнет. Перенастроить оборудование и поменять электроды можно достаточно быстро;
• дуговое электрооборудование имеет простую конструкцию, мало весит и легко транспортируется;

К минусам дуговой электросварки металлов следует отнести наличие вредных условий и низкий коэффициент полезного действия.

Проще всего провести дуговую сварку вручную, если металлоизделия располагаются в горизонтальном положении. В таком случае контролировать электрод и расплавленный металл очень удобно – сила тяжести не позволяет расплаву растекаться по сторонам.

Гораздо более сложна вертикальная и потолочная дуговая сварка — подобные работы выполняют только профессионалы.

Подготовка оборудования и спецодежды

Первое, что нужно сделать начинающему сварщику — выбрать и подготовить инструменты и оборудование. Дуговые сварочные аппараты по конструкции могут быть трансформаторами, выпрямителями и инверторами.

В принципе подойдёт любой из тих типов. Главное, чтобы аппарат позволял плавно регулировать силу тока в электроде. Это имеет решающее значение для поддержания сварочной дуги в рабочем состоянии.

Электроды отличаются друг от друга по диаметру и другим показателям, влажность флюса и масса свариваемых деталей тоже бывает разной – то есть каждая дуговая сварка индивидуальна, и силу тока, соответственно, тоже надо подбирать индивидуально.

Отдельно несколько слов стоит посвятить сварочным аппаратам-инверторам. Они работают от постоянного тока, что даёт возможность подключать проводки в два положения – на электрод или свариваемую поверхность можно подать «минус» (прямая полярность) или «плюс» (обратная полярность).

Тот элемент, на который подаётся плюс, всегда получает больший нагрев. Обратная полярность обычно используется в традиционной сварке, а прямая применяется для сваривания листов металла в высоком темпе.

В арсенале начинающего сварщика должен быть ещё и небольшой молоток с острым концом – это очень эффективный инструмент для сбивания окалины со швов, полученных при дуговой сварке.

Для работы и начинающему, и опытному мастеру также понадобится защитная маска. Во время сварки от электродуги идёт мощное УФ-излучение. И если долго смотреть на неё без защиты, можно обжечь роговицу глаза.

После подобного инцидента придётся восстанавливаться хотя бы пару дней. Спецовка из плотного материала, брезентовые или кожаные перчатки – ещё одни необходимые атрибуты начинающего сварщика.

Тонкая хлопчатобумажная ткань здесь не подойдёт — искры, всегда возникающие при дуговой сварке, легко её прожгут насквозь.

Подготовка электродов и заготовок

Тем, кто хочет в будущем стать хорошим сварщиком, лучше всего начать с использования электродов толщиной от 2 до 3 миллиметров. Посредством таких электродов осуществляется большинство операций в домашних условиях.

Если вы используете двухмиллиметровый электрод, то чтобы получить качественный шов, необходимо поставить переключатель на 70–80 ампер. Для трёхмиллиметровых изделий подойдёт электроток от 100 до 140 А, для четырёхмиллиметровых — 160 А.

Правильно ли был выбран силовой режим, можно понять по звуку дуговой сварки — он должен быть похож на треск, а не на гудение.

Зону будущего шва тоже необходимо очистить от грязи. При помощи специальной щётки можно удалить ржавчину, убрать с металлоизделия остатки лаков и красок.

Если толщина деталей больше 3 миллиметров, то края перед дуговой сваркой нужно особым образом обработать – снять с них фаску.

Рекомендации

Выполнив всю требующуюся подготовку, можно приступать к основным работам. Электродуговая ручная сварка покажется для начинающих весьма сложным, но интересным процессом:

• вначале следует осуществить поджиг дуги. Для этого надо немного наклонить электрод (примерно на 30 градусов относительно вертикали) и чиркать как спичкой по металлической детали. Чиркать нужно по направлению будущего шва, чтобы не испортить изделие;
• когда дуга загорится, её нужно подвести туда, где должен начинаться шов. Причём электрод желательно держать не перпендикулярно к поверхности заготовки, а чуть-чуть отклонить в сторону (оптимальный угол от 60 до 70 градусов);
• теперь нужно подождать, когда появятся следы расплавления металла. Вначале под электродом появляется красное пятнышко — это признак горения флюса. А потом в этом же месте возникает оранжево-жёлтое пятно с рябью — результат плавления металла;
• расплавленный металл также называют сварочной ванной. И её возникновение — это сигнал, обозначающий, что электрод следует переместить на пару миллиметров в нужном направлении. Затем надо снова ждать, когда появится оранжевое пятно, и снова понемногу двигаться вперёд.

Старайтесь всегда держать правильный наклон. Если электрод наклонять чересчур сильно, дуга как бы начнёт отталкивать сварочную ванну от себя, усложняя прогревание металла. Если же электрод будет располагаться строго вертикально, дуга будет давить на ванну и распластывать её. Кстати, регулируя наклон электрода, можно изменять высоту шва – это достаточно полезный навык.

Возможные сложности

Не нужно забывать и про зазор между электродом и металлоизделием — пока идёт дуговая сварка, он должен быть равен примерно трём миллиметрам. Это не так-то легко — электрод в процессе сварки всё время расходуется и выгорает.

Поэтому аппарат постоянно нужно немного опускать вниз. Если зазор окажется маленьким, не будет хватать металла для создания шва. А слишком большой зазор приводит к тому, что дуговая искра становится нестабильной.

Начинающему в первое время лучше выбирать прямолинейный тип движения. При желании можно попытаться сделать небольшие круговые завихрения вокруг ванночек наплавленного металла. Различные сложные фигуры типа зигзагов и восьмёрок лучше осваивать позже.

Ещё один важный параметр — скорость. Именно от того, что электрод идёт рывками или с неправильной скоростью, возникают дефекты сварки — прожиги или непроваренные места.

Чтобы избежать таких дефектов, начинающим мастерам по дуговой сварке нужно внимательно следить за оттенком поверхности под электродом и плавно двигать аппарат по выбранному направлению.

Чем тоньше электрод, тем слабее он разогревает металл и тем медленнее его ведут. В частности, поэтому начинающим желательно работать именно с тонкими электродами.

Во время дуговой электросварки обязательно нужно следить, насколько ровным и незаметным получается шов, сколько на нём дефектов. Оптимальная ширина шва — от 0,8 до 1,5 диаметра электрода.

При желании некоторые дефекты дуговой электросварки впоследствии можно устранить. Но проводить какие-либо дополнительные операции следует лишь тогда, когда шов полностью остынет и будет очищен от шлаков.

В конечной точке шва не торопитесь убирать электрод. Здесь специалисты советуют сделать круглое металлическое уплотнение. Иначе в точке отрыва электродуги может образоваться маленький кратер.

Последнее, что нужно сделать – удалить остывший и почерневший шлак со шва молотком и жёсткой щёткой. Если дуговая сварка прошла правильно, шлак будет отскакивать от металлоизделия большими кусками. А в шве включений шлака и вовсе быть не должно.

Где можно овладеть специальностью сварщика

Сегодня у тех, кто хочет заниматься сваркой, есть много возможностей. Главное понимать, что этому нельзя научиться, освоив только теорию. Обязательно нужна практика.

Чтобы её получить, начинающим следует записаться на соответствующие курсы, которые длятся несколько месяцев, или прикрепиться к опытному знакомому сварщику, который будет готов поделиться азами и показать, как правильно варить тот или иной металл.

А школьникам, которые думают о будущей профессии, ещё проще — после девятого класса можно пойти в колледж или училище, где дуговой ручной и автоматической сварке обучают целых три года, а потом выдают соответствующий диплом.

После одиннадцатого класса обучение на сварщика длится один год, и для кого-то из начинающих именно такой вариант может оказаться самым оптимальным.

В конечном счёте никто не мешает стать кустарём-самоучкой. В интернете без труда можно найти текстовые инструкции, самоучители и учебники, а также уроки дуговой и прочих видов сварки в формате видео. А если у вас есть, допустим, гараж и сварочное оборудование, практиковаться вы можете самостоятельно.

Главные принципы электродуговой сварки

Электродуговая сварка — один из самых распространенных в быту, мелкосерийном производстве и промышленности видов сварки. Ее также можно назвать дуговой сваркой плавлением.

Каждому начинающему сварщику полезно знать основы дуговой сварки — принцип ее действия, условия, которые необходимы для возникновения высокотемпературной дуги, виды сварочных аппаратов для бытового применения, и некоторые отдельные параметры и особенности процесса.

Основной физический принцип

В основе электродуговой сварки лежит не один, а сразу два электрических принципа: явление короткого замыкания, с которым знакомы все, имеющие набор школьных знаний по электричеству, и явление пробоя. Вот на нем стоит остановиться внимание.

Имеется в виду пробой диэлектрика, который происходит в результате насыщения его межатомного пространства частицами, несущими электрический заряд. Положительный заряд несут ионы, отрицательный — электроны.

Теоретически пробой возможен для любого диэлектрика (в определенных условиях), но в случае электродуговой сварки используется конкретно пробой воздушного пространства между электродом и массой (деталью).

Технологический процесс подразумевает создание на электроде заряда тока низкого напряжения, но большой силы — порядка 80-200 А, и огромной плотности — до нескольких тысяч А/см 2 .

Когда электродом касаются массы, то есть другого материала с высокой электропроводностью, в случае сварки металла, то возникает короткое замыкание, инициирующее мощное электрическое поле.

В этом поле и происходит пробой. Вследствие насыщения заряженными частицами прослойка воздуха превращается из диэлектрика в проводник тока.

Именно в этот момент и возникает сварочная дуга, давая название электродуговой сварке. Температура в зоне соприкосновения дуги с металлом может достигать 5000 °C.

Области сварочной дуги

Дуга замыкает цепь между электродом и массой. С точки зрения теории сварного дела, в сварочной дуге выделяют несколько областей:

• катодную;
• анодную;
• приэлектродную.

Катод — это «минус», источник тока (напомним, что ток образуют движущиеся электроны — отрицательные частицы). Анод соответственно — «плюс».

Анодная область отдает ионы в результате бомбардировки потоком электронов, поэтому на аноде всегда образуется так называемый кратер — вогнутое пятно, площадь которого зависит от площади электронной бомбардировки.

Электродуговые установки постоянного тока имеют фиксированные анод и катод. В аппаратах переменного тока анод с катодом постоянно меняются местами. Это вызывает нестабильность сварочной дуги, сильное разбрызгивание металла и другие неприятные факторы, а кроме того, не позволяет производить сварку определенных металлов, для которых требуется особая техника.

Виды аппаратов и виды включений

Сварочный аппарат самого простого типа для электродуговой сварки — трансформаторный. По сути своей он представляет трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток. Этот аппарат варит переменным током.

Процесс имеет ряд описанных выше недостатков, кроме того, трансформаторный аппарат для преобразования тока промышленной частоты очень громоздкий и тяжелый.

Поэтому там, где требуется мобильность, чаще всего применяются сварочные инверторы. Эти устройства сначала преобразуют переменный ток от бытовой сети в ток высокой частоты, а затем преобразуют его в постоянный — выпрямляют. Эти устройства имеют значительно меньшие габариты и массу.

Электродуговая сварка инвертором позволяет, во-первых, добиться высокой стабильности дуги, что означает лучшее качество шва, а во-вторых, использовать разные режимы подключения — с прямой и обратной полярностью.

Полярность прямая, когда электрод подключается к катоду, а масса к аноду, то есть сварка идет «от плюса к минусу». Такой электродуговой сваркой соединяют большинство металлов.

Но в некоторых отдельных случаях, например, для сварки коррозионностойких (нержавеющих) сталей и некоторых других химически активных металлов может использоваться обратная полярность — электрод к аноду, а масса к катоду.

Работа с обратной полярностью, как правило, идет под флюсом, образующим защитную газовую среду, и с присадочной проволокой.

Электроды и защитные газы

Видов электродуговой сварки, различающихся по применяемым материалам, довольно много, но базовое различие одно: по типу электрода. Классификация здесь следующая. Сварка может быть плавящимся электродом и электродом, не расплавляющимся при работе (неплавящимся). Что это значит?

Электрод — металлический контакт, стержень, имеющий оболочку из специального состава. Прогорая, эта оболочка образует защитную газовую среду, предохраняя расплав от окисления.

Но при этом плавящийся электрод является еще и присадкой, его основной металл входит в состав сварного соединения. Электродуговая сварка неплавящимся электродом требует ввода в сварочную ванну (непосредственно в точку, где происходит реакция) дополнительной присадочной проволоки.

Существует много разновидностей металлических и неметаллических электродов для электродуговой сварки, в том числе угольных и графитовых.

Каждый из них подбирается под конкретный металл и способ сварки. Кроме того, в определенных случаях применяется сварка в защитном газе (в основном для химически активных металлов). В качестве газов могут применять гелий, аргон и углекислоту.

Все эти способы диктуют свои подходы к собственно методике работы. Могут различаться виды сварочных аппаратов, виды горелок. Например, в полуавтомате для электродуговой сварки в защитной среде через сопло горелки подается одновременно и защитный газ, и присадка.

Могут использоваться различные вспомогательные материалы, такие, как флюсы, поэтому описать универсальный способ создания шва достаточно сложно. Но, тем не менее, некоторые базовые принципы присутствуют.

Как научиться

Проще всего осваивать электродуговые сварочные работы, начав с бытового инвертора, подключаемого к сети 220 В. После того как вы научитесь правильно варить в домашних условиях, можно будет переходить к обучению более сложным технологиям, таким, как, например, аргонодуговая сварка.

Кроме инвертора понадобятся:

• плотная одежда с длинными рукавами;
• сварочные перчатки или рукавицы;
• маска;
• молоток;
• зубило;
• металлическая щетка;
• пачка универсальных электродов;
• заготовка в виде куска толстого металла — лучше всего обычной стали.

Надо подключить электрод к катоду (минусу) аппарата с помощью специального держателя. Плюс, соответственно, надо подать на заготовку. Осталось только включить аппарат электродуговой сварки.

Электрическая дуга зажигается постукиванием или чирканьем по массе. После вспышки необходимо отдалить электрод от металла примерно на 5 мм. Возникнет дуга, и металл начнет плавиться.

Существует два способа вести электрод — острым углом от себя и на себя. Первый способ сложнее, но позволяет делать менее глубокий шов (это нужно в работе с тонким металлом). Второй — проще, это стандартный метод работы.

Электрод при электродуговой сварке нужно вести не по прямой, а зигзагообразными движениями, чтобы получался шов, похожий на строчки швейной машинки. Ход электрода должен перекрывать обе стороны соединяемых листов.

Тренироваться сначала нужно просто на кусочке стали, потом — переходить на сварку листового металла.

Требования госстандартов

На электродуговую, как и на многие сварки плавлением, существуют свои ГОСТы, которые обязательны к выполнению на любом производстве. Они описывают классификацию сварки металлов, методы оценки качества, специфику применяемых присадок и флюсов, и многое другое.

В частности, ГОСТ 11533-75 описывает автоматическую и полуавтоматическую дуговую сварку под флюсом, ГОСТ 14771-76 — дуговую сварку в защитных газах. Сварщики, работающие на предприятии, обязаны знать требования госстандартов минимум в своей конкретной области.

Электродуговая сварка

Сваривание на сегодня является самым широко применяемым способом создания неразъемных соединений металлов и их сплавов. Электродуговая сварка была изобретена во Франции в начале 20 века и используется в любом, самом дальнем уголке Земли.

Что собой представляет метод электродуговой сварки

Основы электродуговой сварки были разработаны в конце 19 века русским инженером Бернадосом.

Технология электродуговой сварки основана на расплавлении примыкающих друг к другу областей двух свариваемых деталей теплом, получаемым от электрической дуги. Область расплавленного металла – так называемая сварочная ванна — перемещается вслед за электродугой. Застывая, она образует неразъемное соединение двух заготовок — сварочный шов.

Принцип электродуговой сварки

Электрическая дуга возбуждается в воздушном промежутке между деталями и электродом. Для этого применяют источник напряжения. Он выдает небольшое напряжение- 70-100 вольт, но должен развивать большой ток — сотни ампер. Чаще всего используются источники постоянного тока — они дают более стабильную дугу и меньше разбрызгивают расплавленный металл.

Особенность технологии состоит в том, что расплавленный металл, особенно цветные металлы и высоколегированные стали, активно реагирует с кислородом воздуха и с азотом. Для защиты сварочной ванны применяют различные газы:

• аргон;
• углекислый;
• гелий и другие инертные газы.

Газы образуются в процессе сгорания обмазки стержня или подаются в рабочую зону из баллона.

Схема электродуговой сварки

Электродуговая сварка может проводиться как плавящимся электродом, металл которого войдет в состав материала шва, так и неплавящимся. В этом случае флюсовые добавки насыпают вдоль линии шва в виде порошка.

Характеристики электрической дуги

Электрическая дуга с физической точки зрения представляет собой постоянно действующий разряд в газовой среде.

Одна из важных характеристик дуги — перепад напряжения.

Если держатель присоединен к положительному разъему источника тока, его называют анодом, если к отрицательному — катодом. Если электродуговые работы ведутся переменным током, то анод и катод меняются местами 50 раз в секунду.

Сварочная дуга Возбуждение сварочной дуги

Расстояние между электродом и деталью называют искровым, или дуговым промежутком. Электрический ток может протекать через газ только в том случае, когда в нем есть заряженные частицы, ионы и электроны. Их нет в газе, находящемся в спокойном состоянии. Чтобы они появились, газ требуется ионизировать. Это и происходит при электрическом разряде, который далее поддерживает сам себя.

Виды и методы электродуговой сварки

Применяемый вид электродуговой сварки определяется:

• свариваемыми материалами;
• толщиной заготовок;
• условиями сварки.

По степени автоматизации процесса дуговой сварки различают

• ручную электродуговую сварку;
• полуавтоматическую — вместо стержня используется сварочная проволока, которая подается в рабочую зону специальным механизмом, также автоматизирована подача защитных газов;
• автоматическую — Проводится в атмосфере защитных газов без участия человека.

Ручная электродуговая сварка Полуавтоматическая дуговая сварка Схема полуавтоматической сварки

По типу применяемого электрода оазличают сварку: плавящимся ( включая полуавтоматическую) инеплавящимся, используемым только в качестве проводника тока к зоне дуги.

Преимущества

Электродуговой метод обладает очевидными достоинствами:

• высокая мобильность;
• малое время подготовки ;
• низкая стоимость в расчете на килограмм шва;
• высокая производительность;
• способность работать от бытовой электросети (в случае применения сварочных инверторов);
• широкая доступность оборудования, сопутствующих и расходных материалов.

Недостатки

Как и у любого метода, у электродуговой сварки существуют и недостатки:

• для обеспечения стабильно высокого качества шва сварщику требуется приобрести значительный опыт;
• обмазка склонны к отсыреванию, это приводит к появлению дефектов;
• для сварки цветных металлов требуется применять специальные сварочные материалы, оборудование и методы.
• качество соединения зависит от внешних погодных условий.

Недостатки электродугового метода побуждают ученых и инженеров вести упорные работы по его совершенствованию, разработке новых сварочных материалов, оборудования и приемов работы.

Самый простой и дешевый вид сварочного источника — это мощный понижающий трансформатор. Данный вид аппаратов отличается большим весом и габаритами, вызывает броски напряжения в питающей электросети. Они морально устарели и используются только в самых глухих углах и в некоторых узкоспециальных применениях.

Современным типом оборудования для электродуговой сварки является инвертор. Его устройство во много раз сложнее, чем у трансформатора, зато он лишен его недостатков.

• обладает малым весом и габаритами;
• не влияет на питающую электросеть;
• обеспечивает стабильные параметры дуги;
• легок в освоении и использовании.

Инвертор выдает постоянный ток.

Следующей ступенью развития специального оборудования стал полуавтомат. Источник тока в нем инверторного типа. Полуавтомат ведет сварку сварочной проволокой, которая подается через горелку специальным механизмом. Вместо флюсовой обмазки также через горелку подаются защитные газы из баллона. Полуавтомат отличается высокой производительностью и стабильностью работы. Его дороговизна окупается при больших объемах работ.

Инвертор позволяет работать в разных режимах подключения- с прямой и обратной полярностью. Прямая полярность используется в большинстве случаев сварки большинства металлов и конструкционных сталей.

Для сварки металлов, отличающихся высокой химической активностью в нагретом состоянии, применяют обратную полярность. При этом сварку ведут с использованием порошковых флюсов и присадочной проволоки

Электрод — один из главных участников процесса. От его правильного подбора во многом зависит качество соединения.

Плавящийся электрод не только подает ток в зону дуги. Плавясь, он понемногу стекает в сварочную ванну, его металл входит в состав материала шва.

Флюсовая обмазка, сгорая в огне электродуги, выделяет защитные газы. Их облачко скапливается над сварочной ванной, вытесняя кислород и азот, содержащиеся в воздухе. Твердые остатки сгорания флюса образуют на поверхности шва корочку шлака, которую после остывания удаляют механическим способом.

При сварке неплавящимся стержнем в зону дуги требуется вводить присадочную проволоку.

Область применения

Область применения электродуговой сварки самая широкая. Везде, где нужно быстро, и недорого и качественно соединить металлические заготовки в строительную конструкцию или изделие – можно увидеть вспышки электросварки.

• заводы металлоизделий;
• машиностроительные производства;
• строительство любого масштаба — от гидроэлектростанций и космодромов — до заборов и сараев.;
• аэрокосмические предприятия;
• судостроение;
• производство транспорта;
• предприятия по выпуску бытовых приборов;
• и многое другие.

Сфера применения электродугового метода постоянно растет. С распространением сварочных инверторов электродуговой метод стал технологией, доступной любому домашнему мастеру.

Основы безопасности процесса сварки

Основные вредные факторы электродуговых работ — это:

• ультрафиолетовое излучение дуги;
• высокая температура расплавленного металла;
• вредные газы;
• поражения электрическим током.

Чтобы избежать неприятных последствий, следует

• пользоваться средствами индивидуальной защиты: маской сварщика, респиратором, защитными перчатками;
• одежа и обувь должна быть огнеупорной, плотной, не оставлять открытых участков кожи;
• перед началом работы проверять оборудование на отсутствие механических повреждений, нарушений изоляции и отсутствия утечки газов.

Меры безопасности при сварке

Нельзя также загромождать рабочую зону и работать со случайных опор.

Типы сварных соединений, спецификации сварочных материалов, методики проведения электродуговыхработ регламентируются ГОСТами России и соответствующими их международными стандартами. Этим нормам надо следовать для обеспечения качественной, производительной и безопасной работы. Самые употребительные из них — это:

• ГОСТ 5264-80 описывает виды и способы выполнения сварочных швов ;
• ГОСТ 14771-76 регламентирует использование защитных газов при сварочных работах;
• ГОСТ 26291-79 посвящен типам электродов и соответствующих им режимов сварки.

По мере освоения профессии, роста квалификации и сложности работ сварщик все чаще обращается к государственным стандартам.

Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка – это быстрый и надежный способ неразъемного соединения металлических деталей. Сварка кузнечным способом была известна людям уже несколько тысячелетий назад, она отличалась большой трудоемкостью и требовала долгого обучения и накопления опыта. В начале XX века начала применяться электродуговая сварка, металл нагревался до температуры плавления с помощью электрической дуги. За столетие возможности электродуговой сварки существенно возросли, а удобство работы сварщика повысилось. Теперь этой технологией может овладеть любой домашний мастер.

Ручная дуговая сварка

Процедура выполнения дуговой сварки

Технология ручной дуговой сварки состоит из следующих основных операций

• Подготовка заготовок и оборудования. Свариваемые поверхности необходимо тщательно очистить от ржавчины, остатков старой краски и других жидких и твердых загрязнений. Очистку проводят механическим и химическим способом. Заготовки размещают на сварочном столе или на полу так, чтобы зазор между соединяемыми деталями был минимальным, и фиксируют струбцинами и другими приспособлениями. Один провод от сварочного аппарата присоединяют к детали, другой к держателю электрода.
• Розжиг дуги. Подают напряжение на электрод и подносят его к заготовкам, кратким касанием и отведением на 3 мм разжигают дугу. Ручная дуговая сварка началась.
• Выполнение шва. Держатель ведут вдоль линии сварочного соединения с постоянной скоростью, сохраняя расстояние до детали. По окончании операции напряжение отключают.
• Завершающие операции. Производится зачистка соединения от окалины и неровностей, крепления с деталей снимаются, и они предаются на дальнейшие операции.

Процесс дуговой сварки

В зависимости от особенностей изготавливаемой конструкции и соединяемых материалов, в технологию дуговой сварки могут включаться и другие операции, такие, как предварительный нагрев заготовок, подача защитного газа и другие. Но в любом случае ручная сварка требует от сварщика точного глазомера, хорошей координации движений и твердой руки.

Принцип действия

Тепло, достаточное для плавления кромок соединяемых заготовок, получают от электрической дуги. В зоне действия дуги образуется область жидкого расплава, в которой перемешивается металл обеих заготовок. При остывании они кристаллизуются и образуют единое целое, или сварочный шов. Эту область расплава, перемещающуюся вслед за электродом и дугой вдоль линии шва, называют сварочной ванной. Металлический электрод стержень покрывают специальным составом, или флюсом. При нагревании он расплавляется, выделяя инертный газ, образующий защитное облачко над рабочей зоной и препятствующий окислению расплава.

Схема ручной дуговой сварки

Для поддержания электродуги на держатель и на заготовки подают напряжение от источника.

Ручную дуговую сварку ведут как постоянным, так и переменным током. Для этого применяются специализированные или универсальные источники.

Ручная дуговая сварка цветных металлов и сплавов, отличающихся повышенной химической активностью в нагретом состоянии, проводится в атмосфере специально подаваемых в рабочую зону защитных газов.

Устройство сварочного выпрямителя

Ученые и изобретатели постоянно вносят усовершенствования и изобретают новые методы для такой важной в жизни людей технологии, как ручная дуговая сварка

Особенности ручной дуговой сварки

Главной особенностью технологии является создание неразъемного, прочного и долговечного соединения заготовок. Дуговая сварка — наверное, самая распространенная сегодня сборочная операция. Ее используют при производстве самых разнообразных изделий и конструкций, включая высоконагруженные узлы, сохраняющих прочность при статических, динамических и периодических нагрузках, в условиях экстремальных температур, агрессивных сред, высоких и низких давлений и радиационного облучения.

Для получения прочного и долговечного соединения ручная дуговая сварка требует устойчивого электроснабжения. Кроме того, сварочные работы нужно проводить в сухом помещении или во временных палатках, для защиты рабочей зоны от влаги и сильных порывов ветра

Классификация и способы

По типу применяемого электрода ручная дуговая сварка может быть:

По типу применяемого тока

• Постоянным.
• Переменным.
• Трехфазным.

Классификация дуговой сварки

По предварительной термической подготовке деталей

По степени автоматизации процесса различают

Существуют и другие виды, применяемые в особых условиях на производстве.

Преимущества ручной дуговой сварки

Основные преимущества технологии перед другими видами сварки заключаются в следующем:

• Работать можно в любом пространственном положении.
• Доступна работа в стесненных условиях.
• Возможно соединять различные металлы и сплавы.
• Простота использования и освоения.
• Мобильность.

Но, кроме очевидных достоинств, методу свойственны и недостатки:

• Вредные факторы, влияющие на здоровье сварщика.
• Зависимость качества от квалификации и опыта.
• Малая производительность.

Последний фактор не так важен при ограниченном объеме работ, типичном для домашней мастерской.

Используемые электроды

Все электроды подразделяются на две большие группы:

Плавкие применятся намного шире, они расходуются в процессе работы, а их металл включается в шовный материал. Флюсовый порошок, которым они обмазаны, сгорает в пламени электродуги. При этом выделяются химически малоактивные газы, образующие защитную атмосферу над сварочной ванной.

Неплавкие делается из тугоплавкого материала, в основном вольфрама, они не расходуется во время сварки и служит лишь для подведения тока к дуге. Защитную атмосферу в этом случае создают подачей газа через шланг или насыпая флюсовый порошок вдоль линии сварки.

Кроме того, они различаются по диаметру. Диаметр определяет как сварочный ток, который на него необходимо подать, так и максимальную толщину соединяемых деталей.

Источники питания

Для ручной электросварки применяют следующие разновидности источников тока:

• Трансформаторы. Уходящий в прошлое, громоздкий и очень тяжелый источник. Преобразует высокое напряжение питающей сети в пониженное, пропорционально увеличивая силу тока. Ручная дуговая сварка переменным током требует высокого мастерства сварщика, источник сильно зависит от стабильности параметров питающей электросети и вызывает в ней помехи и броски напряжения. Не рекомендуется для начального обучения.
• Выпрямители. Представляет собой тот же громоздкий сварочный трансформатор, дополненный выпрямительным блоком. Ручную дуговую сварку ведет постоянным током, но при этом сохраняет остальные недостатки трансформатора.
• Инверторы. Современный сварочный аппарат. В нем переменный ток из сети путем многократных преобразований превращается в постоянный ток, напряжение которого стабилизировано. Работа его не зависит от изменений напряжения в питающей сети, и сам он также не вызывает бросков напряжения. Отличается малым весом и габаритами, его легко переносить, а маломощные модели вообще можно носить на плечевом ремне. Это очень удобно при сварке протяженных конструкций, например, заборов. Оснащен электронными системами стабилизации параметров дуги и защиты от прилипания электрода. Идеально подходит как для начального обучения, так и для дальнейшей работы. Доступен по цене.
• Полуавтоматы. В качестве источника тока используется инвертор. В этом классе аппаратов используется сварочная проволока, подаваемая в рабочую зону специальным механизмом. Вместо флюсового напыления применяется прямая подача газа из баллона в рабочую зону. Многократно превосходит инвертор по производительности и по диапазону доступных для соединения металлов и сплавов. В несколько раз дороже инвертора равной мощности.

Сварочный полуавтомат Трансформатор для сварки

Для начального обучения и небольших объемов работ лучше выбрать инвертор, для сложных работ или больших объемов больше подойдет полуавтомат.

Положение электродов во время работы

От правильного положения и траектории движения электрода во время ручной дуговой сварки напрямую зависит как качество соединения, так и производительность работы сварщика

Наиболее распространены траектории, ориентированные вдоль оси электрода. Движение таким образом помогает поддерживать оптимальный дуговой зазор. Слишком короткая дуга вызывает перегрев рабочей зоны, разбрызгивание металла и прилипание электрода. Слишком длинная дуга может вызвать непровар, появление пор или угасание дуги.

Далее следует освоить равномерное движение вдоль линии соединения деталей. Если движение будет строго поступательным, получится ровный и тонкий шов, ширина которого может превышать диаметр электрода не более чем в полтора раза. Такую траекторию используют для сваривания листов и профилей малой толщины, при исполнении многослойных соединений.

Следующий тип траектории — к продольному движению добавляются короткие поперечные перемещения, напоминающие очень плотную строчку «зигзаг» на швейной машинке. Здесь также очень важно следить за тем, чтобы в крайнем положении каждого «стежка» не увеличивался дуговой зазор.

Надо выполнять движение змейкой всей кистью. Такой вид траектории позволяет добиться существенно большей ширины и глубины проплавки.

Ширина такого сварочного соединения может в три, а у опытного сварщика — и в пять раз превышать диаметр электрода.

Основы безопасности при работе

Ручная дуговая сварка является источником повышенной опасности. Основные факторы, вредящие здоровью сварщика и лиц, работающих рядом с ним, следующие:

• Высокая температура дуги и рабочей зоны, могущая вызвать ожоги.
• Разбрызгивание раскаленного металла и разлет частиц шлака при зачистке.
• Мощное ультрафиолетовое излучение, приводящее к заболеваниям кожи и глаз вплоть до слепоты.
• Высокое напряжение питающей сети.
• Вредные сварочные газы и пары металла, вдыхание которых приводит к отравлению и заболеваниям органов дыхания.
• Пожароопасность.

Электрододержатели и защитные приспособления

Исходя из этого, следует соблюдать следующие требования по безопасности

• Использовать индивидуальные средства защиты: маску со светофильтром, респиратор, краги сварщика и невоспламеняющуюся спецодежду и обувь.
• Обеспечить качественную вытяжную вентиляцию.
• Перед началом работы осмотреть оборудование на предмет отсутствия механических повреждений и нарушения изоляции.
• Надежно закрепить свариваемые заготовки инвентарными крепежными приспособлениями или специальной оснасткой.
• Не загромождать рабочую зону, следить за положением кабелей и шлангов.
• После окончания сварных работ выключить оборудование.

Выполнение этих требований позволит сохранить здоровье и сберечь материальные ценности.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Одна из важных характеристик, определяющих качество сварного соединения — это провар, определяемый как отношение ширины шва к его глубине в поперечном сечении.

На геометрические показатели влияют следующие факторы:

• Сила тока. Чем она больше, тем большей глубины проплава можно достигнуть. Глубина проплава зависит также от плотности свариваемого материала — чем плотнее металл, тем меньшей глубины удастся добиться при той же силе тока. Сила тока не оказывает существенного воздействия на ширину.
• Тип применяемого тока. При сварке постоянным током соединение получается более узким, а при использовании переменного тока той же интенсивности-более широким.
• Диаметр электрода также оказывает влияние на глубину и ширину шва. При большем больше диаметре электродуга получается мощнее, позволяя получить более широкий шов.
• Рабочее напряжение также влияет на параметры шва — при его повышении ширина шва увеличивается.

Схема сварки под флюсом

Флюс, сгорая в пламени дуги, выделяет защитные газы, а твердые остатки образуют шлак, также попадающий в сварочную ванну.

Химический состав шлака оказывает сильное влияние на качество.

• улучшает качество обработки стали;
• стабилизирует тепловой режим рабочей зоны и повышает скорость плавления;
• облегчает формирование сварного шва;
• повышает стабильность электродуги.

Существует способ ручной дуговой сварки, при котором используются цельнометаллические плавящиеся электроды, а флюс в виде порошка насыпается вдоль линии будущего шва. По мер прохождения сварочной ванны порошок плавится, а при остывании шлак отделяется от поверхности сваренного металла. Такой способ применяет на промышленных предприятиях в специальных случаях.

В целом автоматическая сварка дает намного лучшие, а главное, стабильные результаты качества работ, чем ручная дуговая. Причина этого заключается в том, что все параметры процесса, включая положение сварочной головки, угол ее наклона и расстояние до поверхности контролируются компьютером. К тому же автомат не утомляется, его внимание не рассеивается и он не подвержен влиянию вредных факторов рабочей зоны.

Как варить швы в разных положениях

Ручная дуговая сварка позволяет варить в самых разнообразных положениях. ДЛЯ каждого из них существуют свои технологические указания, направленные на обеспечение высокого качества работ.

Параметры режима ручной дуговой сварки

Нижнее положение

Сварщик находится сверху относительно рабочей зоны, заготовки расположены горизонтально. Это самое простое и самое распространенное положение. В нем необходимо следить лишь за полным проплавлением сечений и не допускать прожогов. Требуется надежно закрепить заготовки инвентарными крепежными средствами, а под них подложить специальные монтажные прокладки из меди.

Вертикальное положение

В этом положении начинает действовать такой осложняющий работу фактор, как земное притяжение. Под его воздействием расплавленный металл будет стремить покинуть сварочную ванну и стечь вниз. Работу рекомендуется вести в направлении снизу вверх, чтобы стекающие расплавленные капли попадали на сформированный шовный материал. Этот прием заметно снижает скорость работы, но позволяет сохранить качество. При выборе направления сверху вниз скорость повысится, но заметно упадет глубина проплава.

Сварка вертикальных швов

Потолочное положение

Это самое сложное положение, в котором приходится работать сварщику. Чтобы расплавленный металл не пролился вниз, требуется снизить вес сварочной ванны до такой степени, чтобы он удерживался силами поверхностного натяжения. Это достигается уменьшением скорости и периодической приостановкой работ для того, чтобы металл успевал схватываться.

Ручная дуговая сварка в потолочном положении

Умение работать в потолочном положении — признак высокой квалификации сварщика.

Читайте также:

  
• Вспомогательные инструменты для сварки
  
• Электросварщик ручной сварки код окз 2021
  
• Как работает ультразвуковая сварка
  
• Ммк метиз сварочная проволока
  
• Электроды для сварки 3мм эсаб ок 46