Сварка плавящимся и неплавящимся электродом

Обновлено: 17.05.2024

Оборудование, необходимое для ручного дугового сваривания, состоит:

из источника питания, который может быть как переносным, так и стационарным в зависимости от вида выполняемых сварщиком работ;
из кабеля с электродержателем, в котором фиксируется покрытый специальной обмазкой электрод;
из кабеля обратного заземления для соединения свариваемого изделия с источником питания.

Также не стоит забывать о дополнительных средствах, таких, как: защитная маска, перчатки сварщика, разнообразные приспособления для удаления шлака и другие вещи, необходимые для удобства специалиста.

Виды неплавящихся электродов

Для дуговой сварки металлоконструкций применяются неплавящиеся электроды. Это расходный материал для сварочных работ, который не имеет металлической природы и свойств, присущих металлам. Подобный метод сварных операций был изобретен очень давно руками Н. Н. Бенардоса.

Разновидности сварочных электродов.

Сегодня при выполнении соединений конструкций из металла применяются три основных типа неплавящихся стержней:

Угольный неплавящийся электрод активно применяется при воздушно-дуговой резке металлов с целью устранения с поверхности изделий разного рода дефектов. При этом сварку нужно проводить на токах силой, не более 580 Ампер. Также такой расходный материал для сварки используют при создании соединений металлических деталей в тонкостенных конструкциях из стали и цветных металлов. Угольные сварные электроды бывают круглыми и плоскими, сложенными вдоль линии варки или подающимися в сварную ванну. Они могут применяться вместе с присадкой или без нее, что определяется технологией проведения сварных работ.
Графитовые стержни актуальны при сварке цветных металлов, а также их сплавов. Но особенно часто они применяются при работе с медными проводами. Графитовые расходники доступны по стоимости и довольно распространены на отечественном рынке, так как характеризуются рядом неоспоримых достоинств. Среди них: низкий износ, высокая стойкость к температурному воздействию, отличная способность к обработке.
Вольфрамовый сварной электрод изготавливается в виде стержня с диаметром 1-4 мм и наиболее часто применяется в производстве и быту. Такой расходный материал отличается высокой тугоплавкостью, то есть, плавится при более высоких температурах, нежели иного рода стержни. Он позволяет сваривать разнообразные металлы без применения защиты в виде газа. Хотя вполне реально осуществлять сварку вольфрамовым электродом и при таких условиях, если в этом есть необходимость. В зависимости от состава, изделия делят на несколько групп: лантанированные, иттрированные, торированные, стандартные.

На заметку! Электроды вольфрамового типа с добавлением тория отличаются радиоактивностью. Несмотря на то, что этот показатель невелик, они перестали применяться на крупных промышленных предприятиях.

Все описанные виды электродов для сварных работ причисляются к классу неплавящихся, так как в процессе выполнения сварочных работ стержень либо вовсе не плавится, либо плавится незначительным образом.

При любом варианте развития событий материал стержня практически не участвует в процессе образования наплавленного металла и сварного соединения.

Перенос электродного металла: виды и характеристики

Перенос электродного металла делится на три типа:

крупнокапельный перенос. Случается, если процесс происходит с высоким напряжением на электрической дуге и невысокими параметрами тока при сваривании. Размер капель плавящегося электрода при этом имеет диаметр больше сечения самого электрода. Процесс сварки в таком случае возможен только в вертикальном пространственном положении, так как сварочная ванна при таком переносе имеет большие размеры и её становится сложно контролировать.
мелкокапельный перенос. При данном виде переноса металла капли расплавленного электродного материала равны или меньше по диаметру, чем сам электрод. Процесс сварки проходит с высоким напряжением на дуге и высокими параметрами тока. При мелкокапельном переносе увеличивается скорость выполнения работ, шов имеет более аккуратный вид. Такой тип переноса наиболее подходит для сваривания толстостенных металлов.
струйный перенос. Струйный перенос металла обычно происходит при высокой силе тока и использовании электрода с прямой полярностью. При данном переносе очень мелкие капли металла идут одна за другой непрерывной цепочкой, обеспечивая ровную и гладкую на ощупь поверхность шва. Этот же тип переноса характерен для полуавтоматической сварки в среде защитного газа.

Плавящиеся электроды

Благодаря замене технологии клепки на сварку при постройке судов в США в 1942 году было сэкономлено 500 000 т стали.

Классификация плавящихся электродов намного сложней. Конструкционно они состоят из стержня и покрытия. Для изготовления стержней используются 77 марок высоколегированных, легированных и низкоуглеродистых сталей. Покрытие необходимо для устойчивого горения дуги, добавления в сварной шов элементов для улучшения его качества и защиты зоны сварки от вредного влияния воздуха. Плавящиеся электроды делятся на четыре группы:

Рутиловые (обозначаются Р). Их покрытие более чем на 50 % состоит из рутилового концентрата, представляющего собой диоксид титана. Такие электроды обеспечивают стабильное горение дуги при сварке переменным током, хорошее формирование шва, легкое удаление шлака и небольшое разбрызгивание. Могут работать на постоянном токе обратной полярности. Ими можно варить низколегированные и углеродистые стали в любых положениях, за исключением вертикального сверху вниз. Металл шва корректно работает при температурах до минус 20°С.

Рутиловые электроды

Кислые (А). Покрытие электродов состоит из оксидов кремния, марганца и железа. Металл шва склонен к образованию горячих трещин. Во время работы наблюдается сильное разбрызгивание. Электроды не следует использовать для марок сталей, содержащих повышенное количество углерода и серы. Ими можно варить в любом положении, исключая вертикальное сверху вниз.
Основные (Б). Их покрытие состоит из фтористых соединений и карбонатов. При использовании этих электродов металл шва характеризуется высокой ударной вязкостью, в том числе и при низких температурах, пластичностью, стойкостью к образованию горячих трещин. Наличие окалины или других загрязнений кромок свариваемых изделий приводит к образованию пор. Перед использованием электроды нуждаются в прокалке. Применяются для работы с низколегированными и углеродистыми сталями при изготовлении ответственных конструкций, работающих под динамическими нагрузками, под давлением или при низких температурах. При этом исключается ведение сварки в вертикальном положении сверху вниз.
Целлюлозные (Ц). Покрытие таких электродов на 50 % состоит из целлюлозы. Ими можно варить в любых пространственных положениях, включая вертикальные швы способом сверху вниз. Сварка производится при переменном токе или постоянном токе прямой полярности. В металле шва содержится повышенное количество водорода. Электроды используются для работы с низколегированными и углеродистыми сталями. При этом наблюдается большое разбрызгивание.

Электроды с различным покрытием отличаются цветом

По толщине покрытия электроды делятся на 4 группы: тонкое (М), среднее (С), толстое (Д) и особо толстое (Г).

По возможным пространственным положениям ведения сварки электроды также делятся на 4 группы:

любые положения (маркируется 1);
исключено вертикальное сверху вниз (2);
исключено вертикальное сверху вниз и потолочное (3);
возможно только нижнее положение (4).

По назначению различают 5 групп электродов:

для сварки низколегированных конструкционных и углеродистых сталей с показателем временного сопротивления на разрыв не более 600 МПа (маркируются У);
для сварки легированных конструкционных сталей с показателем временного сопротивления на разрыв более 600 МПа (Л);
для легированных теплоустойчивых марок сталей (Т);
для высоколегированных марок с особыми свойствами (В);
для наплавки стали с особыми свойствами (Н).

Плавящиеся электроды условно делятся на шесть групп в зависимости от условий работы наплавленного металла:

Низкоуглеродистый низколегированный металл, работающий при ударных нагрузках или трении.
Среднеуглеродистый низколегированный металл, работающий при ударных нагрузках или трении при температуре до 600°С.
Углеродистый легированный металл, работающий при ударных нагрузках или абразивном износе.
Углеродистый высоколегированный металл, работающий при повышенном давлении и температуре до 850°С.
Высоколегированный металл, работающий в условиях трения и коррозионного изнашивания при температуре до 600°С.
Высоколегированный металл, выдерживающий деформации при температуре до 1100°С.

Сварочный процесс

От источника сварочного тока к электроду поступает электроэнергия. Во время контакта электрода со свариваемым металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет изделие и электрод, вследствие чего возникает сварочная ванна. Электродный материал, поступая в эту ванну, сплавляет кромки металла, который нужно сварить, а обмазка обеспечивает защиту в области формирования шва и образует защитный слой по окончании процесса сваривания.

Схема сварки плавящимся электродом

Описание и характеристики

Этот метод, получивший самое обширное распространение, применим во многих областях строительной, ремонтной и промышленной деятельности. А история его началась более двух веков назад в России, когда человек с самой распространённой русской фамилией, профессор В.В. Петров подарил миру сварочные электроды – обычные металлические стержни, которые он использовал в ходе научного эксперимента, исследуя характеристики дугового разряда и возможность практического использования его свойств.

Упомянутый опыт стал толчком последующего бурного развития сварочных технологий. Ныне электроды, являющиеся основным элементом данного процесса, производятся из самых различных металлов, но в некоторых случаях из других материалов.

Их основным свойством является способность хорошо проводить электричество. А назначение данных элементов рабочего процесса в подведении тока к устройствам для всевозможных сварочных работ.

На сегодняшний день электроды для сварки, применяясь на практике самым активным образом, выпускаются в различных вариантах. Марок их насчитывается, пожалуй, около двух сотен.

В ходе сварочного процесса происходит соприкосновение электродов с определённым изделием из металла. Таким образом возникает искусственно созданное короткое замыкание.

Как следствие, в области касания сам стержень и поверхность рабочего материала значительно нагреваются. Здесь температура поднимается до показателей, когда происходит изменение структуры вещества.

Оно плавится, что способствует переносу частиц расходного материала и металла в область образования сварочного шва. Он окончательно формируется при последующем застывании.

Для дуговой сварки, где электроды подразделяются с учётом материала, положенного в основу расходника, характерны две группы из плавящихся и неплавящихся образцов. В последнем варианте стержни делают из тугоплавких веществ.

К ним относятся, как правило, вольфрам. Также часто бывает востребован обладающий особыми свойствами уголь и специальный искусственный графит. Для группы плавящихся типов при изготовлении используется сварочная проволока, а основой для них служит медь, алюминий, сталь.

В некоторых случаях, для достижения устойчивого горения и защиты от различного рода негативных внешних воздействий, подобные стержни наделяются особым покрытием, наносимым в процессе опрессовки. Но иногда обходятся без подобного защитного слоя.

В ходе изменения структуры плавящихся стержней сварочный шов формируется из элементов расходника и кромок рабочего металла, то есть сразу двух элементов процесса.

Неплавящиеся электроды для сварки лишь способствуют образованию нужного соединения. А само оно формируется исключительно за счёт изменения структуры основного материала. Расплавление его составляющих становится основой шва.

Зона, где материал находится в стадии плавления, именуется сварочной ванной. Само её существование считается залогом правильного ведения всего процесса.

Расстояние от неё до стержневого конца составляет длину сварочной дуги. Она корректируется по ходу действия при работе с металлическим изделием. Таким образом поддерживаются её размеры и перемещение электродов.

Сварка плавящимся электродом в защитных газах

Этот тип сварки подразумевает собой сварку с помощью автоматических или полуавтоматических сварочных аппаратов, в процессе сварочная проволока подается в зону формирования шва. В роли защитного газа чаще всего выступают аргон либо углекислый газ, которые подаются в зону действия электрической дуги для обеспечения хорошего соединения металлов и отсутствия дефектов сварочного шва. Высокие сварочные токи и малый диаметр сварочной проволоки делают необходимой большую скорость подачи проволоки в сварочную ванну, скорость сваривания при этом составляет 15-80 м/ч.

Этот способ отличается высокой производительностью и большой скоростью процесса, что способствует его распространению в сфере промышленного производства металлоконструкций, машиностроении.

Из-за отсутствия шлаковых включений и возможности аккуратного выполнения сварки при очень малых толщинах материала данный метод получил широкое распространение на разнообразных СТО и других предприятиях по обслуживанию и ремонту автомобилей.

Технология, особенности и оборудование необходимое для сварки

Способ сваривания неплавящимся электродом чаще всего применяют для соединения металлов с толщиной не более 5-6 мм, но это не значит, что его нельзя использовать для сваривания более толстостенных металлов. При сварке без применения присадки шов формируют, оплавляя кромки металла, при использовании присадки она подается в место формирования шва по тому же принципу, что и сварочная проволока при газосварке.

Оборудование, необходимое для сварки неплавящимся электродом, включает в себя:

источник сварочного тока, на котором расположен регулятор силы тока, и вольтметр с амперметром для контроля процесса регулирования;
TIG-горелку и рукав, которые подсоединяются к сварочному источнику. По рукаву на горелку подается защитный газ, в случае с использованием водяного охлаждения подается также охлаждающая жидкость;
газовый баллон с защитным газом, подсоединенный с помощью рукава к источнику сварочного тока и оборудованный регулятором расхода и расходомером газа;
обратный кабель для соединения изделия с источником сварочного тока.

При автоматической сварке используются автоматизированные системы для подачи изделий и управления инструментами для сварки.

Аргонная сварка неплавящимся электродом выполнятся переменным (TIG-AC) и постоянным (TIG-DC) токами. При сварке постоянным током может применяться обратная и прямая полярности. Если электрод подключен к плюсовому полюсу источника сварочного тока, то полярность является обратной, и в таком случае для сваривания применяются электроды большего диаметра, чем при прямой. Сваркой на переменном токе пользуются в основном для соединения беррилия, магния и алюминия, имея при этом не такую хорошую стабильность дуги, как на прямом токе, что, впрочем, исправляется наличием режима импульсной сварки на некоторых сварочных аппаратах.

В процессе сваривания длина дуги должна составлять 1,5-3 мм, её напряжение — 22-34 В. Размер вылета неплавящегося электрода не должен быть больше 3-5 мм, а в случае со стыковыми и угловыми швами — не более 5-7 мм.

В роли защитного газа чаще всего используются аргон или смесь аргона с гелием, они немного ухудшают стабильность сварочной дуги, но при этом усиливают её энергию, тем самым увеличивая скорость сварки. Для сваривания изделия толщиной до 10 мм применяют левый тип положения горелки для того, чтобы защитный газ имел прямой доступ к месту формирования шва. Для сварки более толстостенных материалов способ меняют на правый.

Отличие сварки неплавящимся и плавящимся электродом

Даже при самом поверхностном ознакомлении с техникой сварки сразу замечаешь, что приспособлений и материалов, непосредственно участвующих в сварочном процессе, насчитывается большое количество.

Покрытые или неплавящиеся электроды для дуговой сварки относятся к категории таких изделий, востребованных при работе в защитной среде инертного газа при сваривании цветных металлов и их сплавов.

Особенности технологии

За счёт применения неплавящихся расходных материалов удаётся получить высококачественные сварные соединения, однако производительность операций с покрытыми электродами оставляет желать лучшего.

Они не в состоянии конкурировать с полуавтоматическими сварочными технологиями, при которых используются специальные плавящиеся электроды.

Таким образом, при изучении действующих методик обнаруживается, что используемый при дуговой сварке электрод может быть плавящимся и неплавящимся (покрытым). Рассмотрим каждую их этих разновидностей более основательно.

Достоинство технологии с неплавящимся электродом состоит в том, что можно сплавлять черный металл с заготовками, которые отличаются от него по структуре (включая изделия из высоколегированных и низкоуглеродистых сталей).

С учётом возможности работы с изделиями из цветных металлов этот метод успешно применяется также и при соединении разнородных по составу материалов.

Сварка с использованием неплавящихся электродов характеризуется двумя отличительными чертами. Одна из них заключается в использовании специальных веществ, покрывающих рабочие электроды (природного вольфрама, графита и другие).

Второй особенностью этой технологии является использование инертных газов, ограничивающих доступ кислорода к месту сварки и защищающих как сам электрод, так и сварочную ванну от окисления.

Разновидности и предназначение

При проведении сварки чаще всего применяются следующие виды неплавящегося электродного покрытия:

на основе угля;
чистое графитовое;
из вольфрама.

Независимо от покрытия электродов для ручной дуговой сварки все они относятся к одной категории, но при этом предназначаются для вполне конкретных целей.

Угольные

Так, угольные расходные материалы применяются при проведении воздушно-дуговой резки, а также востребованы при устранении дефектов, имеющихся на поверхности заготовок.

Сварка неплавящимися стержнями с угольным покрытием проводятся в режимах с токами не более 500-600 Ампер, которых хватает для соединения не очень массивных стальных конструкций, а также исправления поверхностных дефектов литых изделий.

При этом сваривание с их помощью может быть организовано как с присадочным материалом, подаваемым в зону формирования будущего шва, так и без него.

Графитовые

Чисто графитовые электроды чаще всего применяются при работе с цветными металлами (алюминием или медью), а также с их сплавами. Этот вид сварного материала в отличие от угольных образцов более экономичен и выгоден на практике.

К тому же такие неплавящиеся стержни обладают целым рядом достоинств, а именно: устойчивость к воздействию высоких температур, меньший износ и простая подготовка к работе (резке).

Особое распространение графитовые стержни получили при сварке проводов и других изделий из меди.

Вольфрамовые

Вольфрамовые неплавящиеся электроды неплавящегося типа относятся к разряду самого востребованного на производстве и в бытовых условиях расходного материала.

С их помощью удаётся обрабатывать в защитной среде аргона или других газов разнообразные марки металлов, включая алюминий.

Они изготавливаются в форме длинного покрытого прутка с диаметром от 1-го до 4-х миллиметров и очень тугоплавки. Температура плавления такого электрода намного превышает тот же показатель для рабочей дуги, вследствие чего он обладает универсальными свойствами и может применяться даже для сварки сложной в обработке нержавейки.

Вольфрамовые неплавящиеся электроды могут делать с добавлением тория, оксида лантана (лантанированные) или иттрия. Каждая из марок предназначена для определенного вида сварки.

Плавящийся вид

Ручная дуговая сварка с применением плавящегося электрода относится к разряду универсальных подходов, поскольку может проводиться практически в любых условиях.

Этот способ организации сварочного процесса позволяет оператору комфортно работать даже в самых труднодоступных местах. Однако наряду с указанными достоинствами этот метод имеет ряд существенных недостатков, проявляющихся в следующем:

небольшая глубина проплавления обрабатываемого металла;
низкая производительность процесса сварки, что объясняется малыми уровнями рабочих токов;
нестабильность ручной сварки, заметно уступающей автоматизированным приёмам сплавления.

Сущность данного способа обработки металлов состоит в использовании энергии электрической дуги, искусственно создаваемой между свариваемой заготовкой и электродом.

Под действием высоких температур металл в зоне сварки интенсивно плавится и образует так называемую «сварочную ванну». На завершающей стадии работ на месте расплава (после его остывания) должен получиться аккуратный шов.

По внешнему виду плавящийся электрод – это типовой металлический стержень с нанесённым на его поверхность покрытием определенной структуры и толщины.

Основные параметры, определяющие размеры так называемых «обмазанных» электродов, их разбивку по типам и предъявляемые к ним требования регламентируются действующими стандартами (ГОСТ 9467-75, в частности).

Согласно этим данным самый распространённый диаметр электродных стержней – в пределах от 3-х до 6-ти миллиметров. Указанный показатель определяется как толщина стержня, без учёта имеющегося рабочего покрытия.

Со снижением этой величины, а также при увеличении общей длины электрода изменяется и его проводимость, что естественно приводит к сильному нагреванию в процессе сварки.

В случае чрезмерного нагрева стержень быстро плавится (говорят, что она начинает «течь»). Одновременно с этим сгорают и входящие в состав покрытия органические компоненты, теряя свои защитные свойства.

Чем лучше варить

Для правильного выбора нужного метода желательно оценить каждый из них с точки зрения потребности в данных конкретных условиях. Для этого надо сравнить возможности разных электродов и определимся с наиболее оптимальным вариантом.

Прежде всего, необходимость сварки неплавящимися (или покрытыми) стержнями возникает лишь в тех случаях, когда предстоит работать с разнородными по структуре материалами. При этом характер сварных процедур (их подготовка и само сплавление) заметно усложняется и требует значительных усилий со стороны сварщика.

Таким образом, выбор операций с неплавящимся электродом целесообразен лишь как крайний случай, когда без него невозможно решение поставленной перед сварщиком задачи.

Во всех же остальных ситуациях вполне можно обходиться достаточно простыми и дешёвыми плавящимися электродами. Тем более что данный метод с течением времени постоянно совершенствуется и позволяет получить достаточно качественный сварной шов.

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.

Преимущества сварки в среде защитных газов

Среди самых эффективных способов сваривания металлов выделяется сварка в защитных газах. Специальные газы, поступающие в область сваривания, предотвращают поступление воздуха, который оказывает негативное влияние на свойства соединения материалов.

Благодаря этому сварные швы получаются чистыми (без шлака), герметичными (без пор) и соответствуют заданным характеристикам при соблюдении рекомендаций ГОСТ 14771-76.

Ручной способ и сваривание в камере

Проводимая на аппаратах полуавтоматического типа, ручная дуговая сварка в защитном газе бывает двух видов: локальная и общая в камере. Самая распространенной является локальная защита в струе инертного газа, который истекает из сопла сварочной горелки.

Местная защитная среда позволяет варить изделия любой сложности и любых габаритов, но не дает стопроцентной гарантии. Надежная защита обеспечивается только в зоне ламинарного потока газа, где возникает турбулентность, происходит захват воздуха и в этой области качество шва резко падает. Поэтому задача сварщика заключается еще и в расположении сварочной ванны в зоне ядра потока.

Организация нейтральной среды в камере обеспечивает стопроцентную защиту и позволяет получить сварной шов требуемого качества.

В камере создается избыточное давление, где размещаются свариваемые детали и аппарат для сварки с проволокой. В камерах обычно производят сварку металлов высокой химической активности, типа молибдена или титана.

Сварку в защитном газе можно проводить плавящимся электродом и с таким же успехом – неплавящимся.

Достоинства и слабые места процесса

К преимуществам работы в защитной газовой среде можно отнести следующее:

качество шва значительно лучше, чем при использовании обычной электродуговой сварки;
часть защитных газов имеют невысокую стоимость, но все же обеспечивают высочайшее качество шва;
освоение данной технологии сварки не представляет никаких трудностей для сварщиков имеющих опыт работы с другим технологическим оборудованием;
в защитных газах может производиться сварка как тонкостенных, так и толстостенных заготовок;
процесс сварки идет с высокой производительностью;
значительно упрощается работа с алюминием, цветными металлами и их сплавами, коррозионностойкой сталью;
технология сваривания в защитной среде легко поддается механизации и автоматизации.

Недостатки у данной технологии имеются, но не так существенны. Для работы на открытом воздухе требуются защитные экраны для предотвращения сдувания потока газа с области сваривания.

При сварке в закрытых помещениях должна быть вентиляция или обеспечено проветривание. Аргон, применяемый в сварочных работах, имеет высокую стоимость.

Какие газы применяют

Для защиты от воздействия воздуха применяют газ, которые условно разделяют на две группы инертные и химически активные.

Инертные газы всем хорошо известны – аргон, гелий и их сочетание. Вытесняя воздух из зоны окружения свариваемых заготовок, они не реагируют с металлом и не растворяются в нем.

Их применяют при сваривании алюминия, магния, титана и сплавов. В специальной литературе такой вид сварки с защитной средой из инертных газов обозначается как MIG (металл, инертный газ).

Если применять неплавящийся электрод для сварки в среде защитных газов, то такой процесс будет отлично подходить для соединения тугоплавких сталей, химически активных металлов или особо ответственных соединениях.

Сварка с активными газами получила название MAG сварки (металл, активный газ). К активным реактивам относят углекислоту, азот, водород, кислород.

Наибольшее распространение получила углекислота благодаря своей низкой стоимости. Для сравнения, азот стоит в 1,5 раза дороже, кислород в 3, водород в 4 раза, аргон и гелий в 45 и 156 раз соответственно.

В углекислоте

Сварка полуавтоматом в углекислоте получила широкое применение из-за ее дешевизны. Углекислота, попадая в область расплава, защищает его от разрушающего воздействия воздуха.

Но из-за высокой температуры в районе сварочной ванны она разлагается на окись углерода и кислород, поэтому в области сваривания оказываются три газа: углекислота, окись углерода и кислород.

Чтобы не допустить окисления, в сварочную проволоку добавляют кремний и марганец, который реагирует с кислородом раньше железа. За счет этого гасятся реакции образования вредных окисей.

При этом углекислый газ сохраняет свои изолирующие свойства, а соединения кремния и марганца вступают в реакцию друг с другом, в результате чего получается легкое по плотности вещество, которое всплывает в расплаве. Образовавшийся шлак впоследствии легко удаляется.

Перед использованием углекислоты нужно обязательно удалить воду из баллона. Для этого его переворачивают и сливают воду, через 20 минут процедуру повторяют, в противном случае пары воды вызовут пористость шва.

В азотной среде

Азот используют при сваривании деталей из меди и нескольких видов нержавеющей стали. Это обусловлено тем, что азот не реагирует с медью. В качестве электродов используются графитовые или угольные прутки, применение вольфрамовых прутков приводит к их перерасходу из-за образования легкоплавких соединений.

Работают на токах 150-500 А и напряжении дуги 22-30 В. Расход азота находится в пределах 3-10 л/мин. Газ хранится в баллонах при давлении 150 атмосфер.

Сварочное оборудование ничем не отличается от других видов сварки использующих газы, только в горелке предусмотрено специальное крепление для угольного электрода.

Оборудование

В аппаратуре для производства сварочных работ в защитной среде в качестве источника питания чаще всего используют инверторы с широкой регулировкой величины сварочного тока.

Они снабжены устройством подачи сварочной проволоки и газовую систему с баллонами, шлангами, понижающими редукторами. Сварку плавящимся электродом в защитных газах ведут постоянным или импульсным высокочастотным током.

Главными параметрами, характеризующими оборудование, является ток, который можно изменять; напряжение для зажигания и стабильного горения дуги; скорость подачи проволоки, ее толщина. Режимы сварки полуавтоматом многообразны. В зависимости от свариваемых материалов сила тока и другие параметры могут значительно меняться.

Перед началом сварочных работ в защитном газе свариваемые поверхности требуется очистить от всевозможных загрязнений. В первую очередь необходимо очистить кромки от оксидной пленки, ржавчины, жира, масла. Для этого применяются стальные скребки, растворители, нетканые материалы.

Применение защитных газов требует соблюдения определенной последовательности операций. Сначала подается защитный газ, затем включается источник питания, начинает подаваться присадочная проволока и зажигается дуга, потом только начинается процесс сварки.

После гашения электродуги, еще 10-15 секунд в зону сварки подают инертный газ. Это делается для того, чтобы избежать пагубного влияния атмосферы на шов.

В зависимости от видов свариваемых металлов, их толщины используют различные защитные газы. Например, аргон обеспечивает стабильность электрической дуги, а гелий позволяет получать более глубокую проварку шва.

При сварке меди используется водород. Наиболее универсальным газом, который может использоваться практически при сварке любых металлов является аргон. Только его высокая стоимость вынуждает применять более дешевые газы типа углекислого или азота.

Как и электродуговую, в автоматическом режиме применяют технологию сварочного процесса в газовой среде. Она легко поддается автоматизации и используется в роботизированных комплексах в больших производствах. Полуавтоматы широко применяются в мелких мастерских и автосервисах.

Аргонодуговая сварка. Технология и оборудование

Без такой операции, как сварка сегодня не обходится ни одна стройка, ни одно производство, где необходимо соединить металлические детали. Этот вид соединения считается одним из быстрых и довольно качественных. Существует несколько видов сварки, но в этой статье, речь пойдет именно об аргонодуговой. Чем она примечательна, ее плюсы и минусы, все это будет рассмотрено ниже.

Технология

Аргонодуговая сварка ― это по сути та же ― электродуговая, но в ней используется инертный газ ― аргон, который подается в место горения электрической дуги. Международных обозначений аргонодуговая сварка имеет аж целых два- это TIG (сварка неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде газа — аргона) и MIG/MAG (сварка электродной проволокой в среде аргона или углекислого газа).

Таким образом, создается газовая среда, в которой происходит плавление металла. Благодаря тому, что аргон не вступает во взаимодействие с металлом, он не меняет его химический состав и это большой плюс. То, что этот газ тяжелее на 1/3 воздуха, способствует вытеснению последнего из среды дуги, и изоляции расплавленного металла от воздействия атмосферы.

Это защищает сварочный шов от образования оксидной пленки и в целом улучшает качество соединения металла. Бывают случаи, когда к аргону добавляют кислород в количестве 4%. Это обусловлено тем, что при сгорании кромок металла, внутри газовой среды, аргон полностью не защищает шов от разного рода загрязнений и влаги. А кислород сжигает эти вредные примеси, исключая образование пористости шва. Но это делают в основном там, где необходимо очень высокое качество сварочного соединения. Обычно достаточно одного аргона.

Принцип работы

Оборудование для аргонной сварки состоит из: сварочного аппарата ― в который входит инверторный преобразователь для образования электродуги, осциллятор, горелка, баллон с аргоном, газовые шланги и сварочные кабеля.

Аргонодуговая сварка (tig) неплавящимся электродом

Перед началом работы включается аппарат и подается аргон. Для образования электродуги, сварщик приближает вольфрамовый (при сварке неплавящим электродом) электрод на небольшое расстояние к детали. На этом этапе есть один важный нюанс. Дуга не сможет образоваться при прямом соединении электрода с деталью, как при электросварке. Это из-за того, что для создания в среде аргона дуги, необходима высокая ионизация. А так как вольфрамовый электрод тугоплавкий (температура плавления около 5000 °C) и практически не сгорает, отсутствует образование газов, способствующих ионизации и зажиганию дуги. Потому в таких случаях используется ― осциллятор.
Осциллятор ― это устройство, обычно установленное в сварочном аппарате для аргонодуговой сварки, которое зажигает электродугу в случае с неплавящим электродом. Происходит это следующим образом: поднося горелку с вольфрамовым электродом на небольшое расстояние к детали, осциллятор подает на электрод высоковольтный импульс высокой частоты, который электрически пробивает расстояние к детали образуя ионизацию в газовой среде. Благодаря этому происходит зажигание дуги и дальнейшее ее горение.

При использовании постоянного тока сварки, применяется подключение прямой полярности. То есть на корпус изделия подается «плюс», а на электрод «минус». Делается так потому, что при таком подключении, на детали, то есть «плюсе», выделяется до 70% тепла, а на электроде ― «минусе» всего 30%. Вследствие этого, металл детали плавится, а электрод меньше подвержен сгоранию. Исключением является сварка алюминия. В этом случае лучшие результаты получаются при сварке переменным током, так как при этом разрушается образование оксидной пленки. Что касается осциллятора, то при использовании переменного тока, после зажигания дуги, он переходит в режим стабилизации, подавая импульсы пробоя каждый раз, когда меняется полярность. Это обеспечивает стабильное горение электродуги.

Ввиду того, что вольфрамовый электрод не плавится, для образования шва в место горения дуги добавляется присадочный материал, который сварщик держит левой рукой, и при надобности подает.

В соединяемых деталях под действием температуры образуется ванночка с расплавленным металлом. Так как горелка имеет вход для подключения газового шланга, аргон по специальной полости проходит к газовому соплу и вырывается наружу между ним и вольфрамовым электродом. Таким образом, как бы «окутывая» электрод и варочную ванночку.

Помимо полости для газа, еще горелка имеет впускной и выпускной патрубки для подачи холодной жидкости и отвода нагретой. Это необходимо для охлаждения сопла горелки ввиду сильного перегрева.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом

В этом случае, роль электрода выполняет стержень из металла, с нанесением рутила. При прямом касании электродом детали, происходит короткое замыкание (как при обычной электродуговой сварке), вследствие чего образуются пары расплавленного металла, которые и дают ионизацию в газовой среде аргона. Дуга зажигается благодаря этим парам, поэтому применение осциллятора в этом случае нет необходимости. Присадочная проволока подается вручную или специальным автоматизированным механизмом, в виде барабана с проволокой, роликов и электродвигателя с редуктором. Обычно такой вид оборудования находиться на специализированном сварочном посту.

Область применения

Аргонодуговая сварка (tig и mig/mag) с успехом применяется при соединении цветных металлов, легированных сталей и алюминия. Также она хороша при сварке алюминиевых и титановых сплавов. Например, легкосплавных дисков и других узлов автомобиля. При малой толщине свариваемых поверхностей, сварка аргоном может проводиться без дополнительных присадок.

Аргонная сварка плавящим электродом, применяется при соединении нержавеющей стали и алюминия.

Плюсы аргонодуговой сварки

Основными достоинствами аргонодуговой сварки являются:

1) высокое качество получаемого шва;

2) равномерное проплавление глубины металла;

3) незаменима при сваривании изделий из тонкого листового алюминия;

4) широкая сфера применения, начиная от автомастерских и заканчивая авиастроением;

5) не требует частой замены электрода, что не образует дефектов при остановке и возобновлении работы.

Недостатки аргонной сварки

1) при ручной сварке ― низкая производительность;

2) для качественной сварки, необходима высокая квалификация и достаточная практика;

3) автоматический вариант ― не всегда удобен, так как применяется для однопрофильных длинных швов. При сваривании коротких и разной ориентации соединений ― не практична;

Из рассмотренного выше понятно, что такой вид сварки намного эффективнее и универсальнее обычной электродуговой. Понятно, что для домашних целей это может быть дорогое удовольствие, но применяя эту технологию в бизнесе, оборудование с лихвой себя окупит за минимальный срок.

Читайте также: