Сущность сварки плавящимся электродом

Обновлено: 02.05.2024

Ручная дуговая сварка относится к термическому классу сварки. Процесс осуществляется сварочными электродами, подача которых в дугу и перемещение вдоль свариваемых заготовок выполняется сварщиком вручную. В процессе сварки происходит оплавление поверхностей свариваемых заготовок под воздействием электрической дуги с образованием общей ванны расплавленного металла, после кристаллизации которой и получается неразъемное соединение.

Электрическая дуга представляет собой мощный стабильный электрический разряд в газах, сопровождаемый выделением значительного количества тепла и света. Возникновение дуги обусловлено эмиссией электронов с катода и ионизацией газового промежутка. Выделение электронов с поверхности катода достигается за счет термо- и автоэлектронной эмиссии, а также эмиссии в результате ударов положительных ионов. Ионизацию газового промежутка вызывают нагрев, облучение и соударение частиц.

Дуга горит между сварочным электродом и свариваемым (основным) металлом. Применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды (рис. 1). Неплавящиеся электроды изготавливают из электротехнического угля, синтетического графита или вольфрама. Для плавящихся электродов наиболее распространенным материалом является холоднотянутая проволока, а также ленты и электронные пластины.

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки неплавящимся (а)
и плавящимся (б) электродом: 1 – свариваемый металл;
2 – электрическая дуга; 3 – электрод; 4 – электродержатель;
5 – присадочный материал

Ручной дуговой сваркой соединяют углеродистые, легированные и высоколегированные стали, чугуны, медь, алюминий, титан и сплавы на основе указанных металлов. Применяют постоянный или переменный электрический ток.

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни длиной 50…450 мм с нанесенными на них покрытиями, которые обеспечивают стабильное горение дуги, защиту расплавленного металла, получение шва заданного состава и свойств. При сварке сталей в качестве стержней используют стальную сварочную проволоку диаметром, мм 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 и 8,0. Покрытия в зависимости от химического состава бывают рутиловыми (обозначаются буквой "Р"), кислыми (А), основными (Б), целлюлозными (Ц), смешанными (например РБ) и прочими (П).

По назначению стальные электроды, согласно государственным стандартам, подразделяются на 4 типа:

1) Электроды для сварки конструкционных сталей. Обозначаются буквой "Э" и цифрой, указывающей минимальный предел прочности в 10 -1 МПа, например: Э38, Э50, Э85, Э150. Здесь различают электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей
с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа (в условном обозначении электродов ставится буква "У") и электроды для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа (обозначаются "Л").

2) Электроды для сварки легколегированных теплоустойчивых сталей, например: Э-09М, Э-05Х2М, Э-10Х1М1НФС. Здесь и далее число, стоящее после буквы "Э", указывает содержание углерода в сотых долях процента, последующие буквы и цифры показывают гарантированное содержание легирующих элементов в наплавленном металле по тем же правилам, что и при маркировке сталей. В условном обозначении ставится буква "Т".

3) Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (В): Э-02Х11НВМФ, Э-02Х19Н9Б. Эти электроды применяют для сварки коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей.

4) Электроды для наплавки поверхностных слоев, например: Э-10Г2, Э-80В18Х4Ф, Э-350Х26Г2Р2СТ обозначаются "Н".

Каждому типу электрода соответствует одна или несколько марок электродов, т.е. негостированных обозначений электродов, присвоенных заводом-изготовителем. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия, маркой электродной проволоки, технологическими свойствами и характеристиками наплавленного металла.

Условное обозначение электродов для сварки сталей состоит из марки электрода, его типа, диаметра, типа покрытия, механических характеристик наплавленного металла и металла шва, номера ГОСТа.

Например, обозначение расшифровывается следующим образом: Э46А – тип электрода по ГОСТ 9467-75 (Э – электрод для дуговой сварки; 46 – минимальное значение временного сопротивления s_В=460 МПа; А – металл шва обладает повышенной пластичностью); УОНИ-13/45 – марка электрода;
3,0 – диаметр стержня электрода; У – электрод для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей; Д2 – электрод с толстым покрытием второй группы. Цифры 432(5) характеризуют прочностные и пластические характеристики металла; Б – тип покрытия (основное);
10 – указывает род используемого тока и пространственное положение шва.

Сварка плавлением. Шесть основных видов по источникам теплоты, их характеристика и применение

Под термином «сварка плавлением» подразумевается термический процесс, проводимый способом оплавления соединяемых поверхностей без их сжатия с добавлением расплавленного присадочного металла (вводится при необходимости в сварочную ванну к основному металлу).

Сварка подходит для всех металлов и сплавов, включая те, которые при нагреве сразу принимают жидкое состояние (бронза, сплавы литейные магния и алюминия, чугун). Можно использовать для соединения неметаллических материалов – керамики, стекла, графита.

ГОСТы

Термины, определения, требования и другие сведения, касающиеся сварки плавлением, прописаны в ГОСТах, которые обязательны к выполнению. Перечень некоторых стандартов:

Виды и характеристика

Сварка плавлением относится к термическому классу и включает формы, выполняемые с применением тепловой энергии.

В зависимости от источника нагрева существуют следующие виды:

Дуговая

Электродуговая сварка – распространенный вид. Применяется в быту, мелкомасштабном производстве, промышленности. Ее действие основано на получении тепла с помощью дугового разряда, который возникает между электродом и свариваемым металлом. Источник энергии – постоянный или переменный ток.

Под воздействием тепла торец электрода и кромки соединяемых деталей расплавляются, образуется сварочная ванна, некоторое время находящаяся в расплавленном состоянии. Сварное соединение образуется после затвердевания металла.

Виды дуговой сварки зависят от факторов:

типа дуги – прямого действия (зависимая) или косвенного действия (независимая);
степени механизации процесса — ручная, полуавтоматическая, автоматическая;
вида тока и полярности — постоянный ток прямой (на электроде – минус) или обратной (на электроде – плюс) полярности или переменный ток;
степени защиты участка проводимых работ от атмосферного воздействия – без защиты (голый или со стабилизирующим покрытием электрод), с защитой (шлаковой, шлакогазовой, газовой, комбинированной);
свойств электрода – сварка плавящимся или неплавящимся электродом.

Плавящимся электродом

Является разновидностью дуговой сварки, при которой электрод расплавляется и служит присадочным материалом. Образование сварного шва происходит в результате расплавления электрода и кромок металла.

Плавящиеся электроды бывают медными, стальными, алюминиевыми.

Неплавящимся электродом

Это процесс, выполняемый с использованием не расплавляющегося во время сварки электрода. Заполнение шва происходит металлом свариваемых деталей. Неплавящиеся электроды представляют собой стержни из электропроводящего материала (угольный, вольфрамовый или графитовый).

Действие требует введения в сварочную ванну присадочной проволоки. При работе с химически активными металлами используют сварку в защитных газах (аргон, гелий, их смесь). Способ находит применение в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, теплоэнергетической, автомобилестроительной сферах. Подходит для соединения цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

Электрошлаковая

Источником нагрева служит тепло, которое выделяется в жидкой ванне при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (флюс).

Принцип действия заключается в прохождении электрического тока по электроду, расплавленному шлаку, основному металлу. Этим обеспечивается расплавление базисного и присадочного металлов и специального флюса, постоянно поступающего в ванну.

по виду электрода (проволочный, пластинчатый, плавящийся мундштук);
по числу электродов (одно-, двух-, многоэлектродная);
по наличию колебаний электрода (без колебаний, с колебаниями).

Электрошлаковый способ сваривания применяют при соединении деталей, имеющих толщину 15-600 мм.

Лазерная

Для нагрева используется энергия излучения лазера. Процесс состоит в расплавлении кромок металла лазерным лучом. Его образование происходит от источника света, получаемого вследствие излучения фотонов возбужденными атомами.

Поток лазерного излучения направляется в фокусирующую систему, превращается в пучок меньшего размера и отправляется на свариваемые детали. Луч проникает в материал, поглощается, нагревает его и расплавляет, в результате чего формируется сварной шов.

Применяется для соединения нержавеющей стали, титана, алюминия, элементов автомобилей, в радиоэлектронике, электронной технике. Точечная сварка — при ремонте оправ очков, ювелирных украшений.

Газовая

Источник нагрева — тепло пламени газов, сжигаемых в кислороде, с использованием горелки. Выделяемое тепло оплавляет поверхность свариваемых деталей и присадочный материал, образуя сварочную ванну – металл шва в жидком состоянии.

Виды горючих веществ, смешиваемых с кислородом:

Благодаря медленному и плавному нагреву металла, газовую сварку применяют для соединения деталей из чугуна, цветных металлов, инструментальной стали. Используют для твердой пайки, наплавочных и ремонтных работ.

Плазменная

Нагрев осуществляется с помощью сжатой дуги. Энергоносителем служит электрический разряд. Источник нагрева – плазма, высокотемпературный ионизирующийся газ. Для самопроизвольной ионизации необходима температура более 5500° С.

Принцип действия плазменной сварки основан на процессе расплавления металла потоком плазмы, генерируемым сжатой дугой, расположенной в плазмотроне. Дуга обдувается газом, который нагревается и ионизируется. В результате заряженные частицы газа превращаются в направленный поток плазмы, который выдувается соплом плазмотрона.

Применяют в приборостроении, авиационной промышленности, для соединения молибдена, вольфрама, сплавов никеля, нержавеющих сталей.

Благодаря глубокому проплавлению металла, возможна сварка листовых металлов с толщиной до 9 мм.

Электронно-лучевая

Источник нагрева – энергия ускоренных электронов сфокусированного электронного луча, который формируется электронной пушкой. Процесс сварки проводится в вакуумной камере с помощью электронного луча.

Плавление металла происходит вследствие энергии, полученной в результате интенсивной бомбардировки быстро передвигающимися в вакууме электронами места сварки. Кинетическая энергия электронов после их удара о поверхность деталей превращается в тепловую. Металл плавится, и образуется сварочный шов.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Сущность метода, характеристика покрытий, технология

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами представляет собой дуговую сварку с использованием покрытых электродов, с их ручной подачей сварщиком в зону сварки и перемещением дуги вдоль соединяемых кромок. В результате расплавления кромок металла и плавления электродного стержня происходит образование сварного шва.

Источник нагрева – электрический разряд (сварочная дуга) между деталью и электродом, происходящий при прохождении электрического тока в среде, заполненной воздухом или газом.

Процесс требует защиты сварочной ванны от внешнего воздействия газов воздуха во избежание их проникновения в расплавленный металл, что может привести к ухудшению качества шва. Одним из видов защиты зоны дуги является применение покрытых электродов.

универсальность;
простота;
возможность сварки в любом положении в пространстве и труднодоступном месте.

К недостаткам относятся зависимость качества работы от квалификации сварщика и невысокая производительность процесса.

Где применяется

Метод применяется для изготовления металлических конструкций в сферах:

Способ распространен при ремонте различных изделий и элементов.

Виды и характеристика покрытых электродов

Элемент имеет вид металлического стержня с покрытием. Для обмазки его поверхности используют порошок из смеси разных составляющих. Технологические качества покрытого электрода зависят от состава покрытия и качества его нанесения.

Стержни классифицируют по нескольким признакам.

По назначению:

У – для соединения углеродистых и низколегированных сталей.
Л – конструкционных сталей с легирующими добавками.
Т – легированных теплоустойчивых сталей.
В – высоколегированных сталей со специфическими свойствами.

По толщине обмазки: тонкая, средняя, толстая и особо толстая.

По видам покрытия:

Кислые (А)

руды и материалы с большим содержанием кислорода (гранит, гематит) – обеспечивают шлаковую защиту;
ферросплавы – восстанавливают железо из оксидов и удаляют кислород;
примеси органической природы (декстрин, крахмал) – газовая защита.

Сварку такими электродами можно проводить во всех положениях с постоянным и переменным источниками питания.

Не применяется в стесненных условиях.

Основные (Б)

В состав обмазки входят:

Назначение – сварка в любом положении постоянным током. Применение переменного тока требует добавления в покрытие стабилизаторов.

Основные электроды используют для сварки конструкций ответственного назначения из легированных и низкоуглеродистых сталей и деталей с большим сечением.

С целлюлозным покрытием (Ц)

Электроды подходят для сварки постоянным током в любом пространственном расположении.

Их часто применяют для соединения стыков трубопроводов.

Рутиловые (Р)

В состав входят:

рутиловый концентрат (оксид титана);
карбонаты кальция (мусковит, мрамор, тальк, магнезит, целлюлоза, ферросплавы).

Электроды применяют для соединения низкоуглеродистых сталей током переменным и постоянным в любом размещении в пространстве.

Необходимое оборудование

Метод требует наличия:

Источника питания (сварочный трансформатор).
Ограничителя напряжения.
Сварочного кабеля.
Балластного реостата.
Рабочего стола.
Держателя электрода.
Пусковой аппаратуры.
Приспособлений для сварки и сборки.

Помимо основного оборудования, необходимы: светофильтры, щитки и шлемы, одежда и инструмент сварщика.

Технология сварки

По положению в пространстве швы бывают таких видов:

Друг от друга они отличаются углами, под которыми расположена поверхность свариваемого элемента. Качество формирования шва зависит от угла наклона электрода к направлению сварки и свариваемому изделию.

Нижние швы

Стыковой шов, выполняемый в нижнем положении, получается качественным. Технология его выполнения несложная.

Чтобы сварщику четко видеть зону соединения, наложение валика рекомендуется выполнять по направлению к себе или слева направо. Ширина валика, отвечающая 3-4 диаметрам электрода, считается нормальной.

Однопроходная сварка с v-образной разделкой кромок проводится способом поперечных колебаний электрода на полную ширину. Дуга должна перемещаться со скоса кромок на участок необработанной плоскости металла. Трудность может заключаться в обеспечении по всей длине равномерности проварки шва. Сварка такого шва несколькими проходами лучше обеспечивает провар первого слоя.

Швы с х- или u-образной разделками кромок выполняются аналогично. Отличие – каждый последующий шов накладывают навстречу предыдущему. Сварка нижних стыковых соединений преимущественно выполняется на съемной медной или стальной подкладке. В местах поворота шов заваривается без отрыва дуги.

Угловое соединение в нижнем положении выполняется способами «в симметричную» или «несимметричную лодочку». Для качественного выполнения работы сварку ведут стержнем с опиранием козырька на кромки. При выполнении углового соединения наклонным электродом рекомендуется применять технику «углом назад».

Соединение без скоса кромок производится одним слоем поперечными движениями стержня «треугольником». Угловой шов нахлесточного соединения производится в один слой электродом диаметром до 5 мм.

Вертикальные

Техника формирования стыковых и угловых швов – снизу вверх. Вначале создается металлическая горизонтальная площадка, сечение которой равно сечению материала шва. Движения электродом – поперечные, треугольником. При проварке корня шва рекомендуется задерживать горение дуги. Наибольший провар корня достигается при перпендикулярном положении стержня к вертикальной оси.

Сварка с применением электродов большого диаметра и высоких значений тока затруднительна по причине стекания металла и плохого формирования шва. В связи с этим используют электроды до 4-5 мм диаметром. Сварочный ток по сравнению с нижней сваркой понижается на 10%.

Вертикальную сварку в направлении сверху вниз выполняют электродами, которые дают тонкий слой шлака (целлюлозные, пластмассовые покрытия органического типа).

Потолочные

Из-за возможного вытекания жидкого металла из ванны сварка потолочных швов трудоемка. По этой причине работы выполняются короткой дугой. Характерные моменты потолочной сварки:

снижение на 15-20% сварочного тока по сравнению с нижним положением;
для сварки металла толщиной 8 мм и более применяют многопроходные швы;
диаметр электродов составляет 3-4 мм;
возможно использование метода с опиранием на покрытие стержня.

Горизонтальные

Выполнение стыковых горизонтальных швов по сравнению с вертикальными более затруднительно.

Во время работы жидкий металл из ванны вытекает на нижнюю кромку. Поэтому требуется скос верхней кромки. На нижней кромке возбуждается дуга, после чего электрод перенаправляется на верхнюю кромку.

Такие швы можно выполнять стержнем, расположенным вертикально, и углом назад, углом вперед.

Сварка плавлением

За счет простоты выполнения и надежности наибольшее распространение сварка плавлением получила в строительстве для монтажа металлоконструкций. В промышленности этим способом соединяют детали производимой продукции ― от бытовых приборов до космической техники. В домашних условиях сварку используют для ремонта и сборки несложных металлических конструкций.

Сущность процесса сварки плавлением

Сварка плавлением ― это способ соединения заготовок методом расплавления соприкасающихся поверхностей без сжатия. Источник энергии должен обеспечивать мощность, достаточную для плавления кромок деталей и присадочного материала. Для образования сварочной ванны, которая представляет собой смесь жидких металлов, пламя концентрируют на небольшом участке стыка. При перемещении места приложения тепловой энергии вдоль линии соединения после остывания создается сварочный шов по всей длине.

Вместе с металлом плавятся загрязнения, поэтому на поверхности ванны образуется шлак. Верхние слои нагреваются выше температуры плавления, что приводит к изменению структуры и механических характеристик шва после остывания. К достоинствам сварки плавлением относят универсальность и возможность соединения разнородных металлов.

Виды сварки плавлением

В зависимости от источника тепла к основным видам сварки плавлением относят электрическую и газовую. По способу выполнения электрический вид подразделяется на несколько разновидностей.

Газовая

Газовая сварка плавлением за счет плавного нагрева позволяет соединять заготовки из чугуна, цветных металлов, высокоуглеродистой стали. Зазор между деталями заполняют присадочной проволокой, которая плавится вместе с основным металлом. Стык нагревают пламенем горелки, которое образуется при сгорании смеси кислорода с горючим газом:

ацетиленом;
бутаном;
пропаном;
водородом;
парами керосина или бензина.

Для газовой сварки не требуется электроэнергия, поэтому ремонтные работы можно проводить даже в чистом поле. Недостатком считают невозможность работы с заготовками толщиной больше 5 мм.

Электродуговая

Электродуговая сварка выполняется за счет тепла дуги, которая возникает при прохождении тока через электрод и заготовки. Из расплавленного металла деталей и электрода или присадочной проволоки образуется сварочная ванна. После остывания формируется шов. Разновидности классифицируют по следующим признакам:

виду тока ― переменный или постоянный; когда на электроде минус, полярность прямая, если плюс ― обратная;
типу электрода ― плавящийся, неплавящийся;
уровню механизации ― ручная, полу и полностью автоматическая;
виду дуги ― прямого действия (между металлом и электродом), косвенного (между двумя электродами);
способу защиты места сварки ― инертный газ, флюс, покрытие электрода.

Металл плавящегося электрода должен быть таким же, как у заготовок или близким по составу. Когда марку стали определить невозможно варят переходным (буферным) электродом. Его также используют для соединения элементов из стали с разным составом. В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые, графитовые, угольные стержни. Присадочная проволока и свариваемые детали должны быть близкими по химическому составу.

Плазменная

Нагревание осуществляется за счет энергии дугового разряда внутри плазмотрона. Поток газа (аргон, азот, воздух) проходит через канал с горящей дугой, ионизируется, выводится через сопло наружу в виде потока плазмы с температурой больше 5500⁰C. Для защиты от перегрева сопло охлаждают проточной водой. Газ нагревается дугой косвенного действия между встроенными электродами.

Плазменная сварка применяется в авиа и приборостроительной отрасли для работы с молибденом, вольфрамом, нержавеющей сталью, никелевыми сплавами. За счет большой глубины плавления можно соединять листы металла толщиной 9 мм. Качественная сварка алюминиевых сплавов проводится в среде защитного газа.

Лазерная

Кромки нагреваются лучом лазера. Среди способов сварки плавлением, этот самый точный для соединения элементов сложной конфигурации. Для снижения себестоимости процесса при массовом производстве световой поток линзами разделяют на несколько лучей, которыми одновременно нагревают несколько стыков. Для домашних работ производители выпускают компактные модели небольшой мощности. Лазером можно формировать непрерывные и точечные швы со сквозным или поверхностным плавлением.

Лазерная сварка применяется для работы с титаном, нержавеющей сталью, цветными и драгметаллами, пластиком, стеклом. Этим методом сваривают тонкостенные листы и заготовки с большой толщиной. Лазер широко используется в оборонной, космической и атомной отрасли, радиоэлектронике, автомобилестроении.

не нагреваются участки возле шва, что снижает риск деформирования;
с гибкими световодами можно работать на труднодоступных участках;
переход на резку без модификации аппарата;
не нужны расходные материалы;
из-за малой площади нагрева и быстрого перемещения луча расплавленный металл не успевает окислиться, поэтому работать можно без флюса и защитного газа.

К недостаткам относят высокую цену оборудования и низкий КПД.

Электрошлаковая

Этот метод основан на тепловой энергии, которая выделяется при прохождении тока от электрода к деталям через слой электропроводного расплавленного шлака (флюса). Заготовки ставят вертикально с зазором между ними. Электродная проволока подается в промежуток между деталями через один или несколько мундштуков, подключенных к источнику тока. Сварочная ванна удерживается с обеих сторон медными ползунами с водяным охлаждением. По мере заполнения зазора они вместе с мундштуками передвигаются вверх.

Электрошлаковая сварка используется в машиностроении при изготовлении крупногабаритных конструкций. Этим способом можно соединять детали из цветных металлов, стали, чугуна, титана, сплавов на основе никеля толщиной от 20 мм до 1 м и больше. Основным плюсом электрошлакового метода считают возможность сварки деталей за один проход независимо от толщины. Из минусов отмечают необходимость тепловой обработки шва для повышения пластичности.

Требования к качеству сварочных швов

Перечень требований, предъявляемых к сварным соединениям, определяется назначением готового изделия. Однако есть обязательные требования, в соответствии с которыми должен выполняться сварной шов. По твердости и прочности он не должен уступать металлу заготовок.

Для визуального контроля шов очищают от шлака и окалины, которые образуются при сварке плавлением. Ширина шва должна быть одинаковой по всей длине, поверхность мелкочешуйчатой. Не допускается наличие наплывов, пропусков, сужений. Если на металле есть поры или трещины шов бракуется.

Вид сварки плавлением выбирают в зависимости от решаемых задач. Когда приходится часто работать вне помещения удобней будут переносные дуговые аппараты или газовая горелка с баллонами. При работе на одном месте лучше выбрать полуавтоматический вариант, а для массового производства автоматический.

Читайте также: