Теория электродуговой сварки постоянным током

Обновлено: 19.05.2024

Чтобы получить качественный сварной шов и надёжное соединение, важно понимать параметры режима сварки, уметь выбирать их и ими управлять. В статье вы найдете основные критерии которые входят в режимы и какие особенности у каждого из них.

Основные параметры режима сварки

Основные параметры режима сварки – его основополагающие критерии по энергетической и механической составляющим процесса:

сила, вид и полярность электрического тока;
напряжение на сварочной дуге;
количественное и качественное описание штучного электрода;
способ перемещения электрода;
количество отдельных проходов при сварке.

Каждый из них следует рассмотреть более подробно.

Величина тока

Основные параметры ручной дуговой сварки начинаются именно с силы электрического тока на сварочной дуге. От неё зависят одновременно скорость перемещения дуги, глубина провара основного металла и общее качество готового шва.

Величина сварочного тока подбирается по фактическому диаметру расходуемого электрода, который прямо пропорционально связан с толщинами свариваемых заготовок. Также на неё влияют пространственное положение электрода, его тип (химический состав), вид и полярность тока.

Если значение будет слишком малым, полноценного провара не получится, возможно образование трещин. Если значение окажется завышенным, не миновать брызг из-за значительной энергии на дуге и в ванне расплавленного металла.

Род и полярность тока

При выборе режима ручной дуговой сварки учитываются род и полярность сварочного тока. При одной величине тока и разных полярностях будет достигаться разное качество шва.

РДС обычно выполняется на постоянном токе. Переменный ток приводит к снижению качества результата.

На прямой полярности

Полярность прямая: электрод подключён к «минусу», а свариваемые кромки – к «плюсу».

При этом режиме качественно свариваются большие толщины металла – из-за повышенной степени нагревания заготовок (больше, чем электрода). Остальные параметры сварки – без изменений.

На обратной полярности

Полярность обратная: электрод подключён к «плюсу», а свариваемые кромки – к «минусу».

С ней удобно варить тонкий металл – из-за пониженной тепловой энергии прожоги возникают гораздо реже.

Напряжение дуги

Технологические параметры сварки не будут полными без учета напряжения на дуге. Типовые значения – от 18 до 45 Вольт.

Основной параметр, связанный с напряжением – длина дуги. Чем короче дуга, тем меньше требуется U и тем меньше тепла будет введено в основной металл.

Сварочная ванна становится больше – но не глубже, появляется вероятность неполного провара.

При короткой дуге с постоянной длиной напряжение будет находиться в районе 20 В – это универсальный показатель.

Тип и марка электрода

Режимы сварки обязательно включают указание и сведения о используемой марки электродов.

Суть заключается в подборе такого химического состава прутка и его обмазки: в ходе расплавления основного и присадочного металлов происходит большое количество химических реакций, в результате чего образуемые вещества кристаллизуются в сварной шов.

Необходимо обеспечивать химический состав металла близкий по составу к основному.

От этого зависят физические и механические свойства соединения. Существуют устоявшиеся сочетания типовых электродов, типа шва и материалов.

Выпускаются электроды для конструкционных, легированных, теплостойких, специальных сталей, они отличаются в основном типом защитного покрытия:

основное: для получения высокопрочного металла при создании ответственных изделий;
кислое: оптимальный тип для низкоуглеродистой стали;
рутиловое: сварку допускается вести прямо по ржавчине
целлюлозное: защищает ванну в разных пространственных положениях, обеспечивая слабое разбрызгивание.

Диаметр электрода

Режим сварки включает в себя также диаметр электрода. Он задаётся с учётом условий создания шва и удобства манипуляций сварщика.

Чем больше толщина заготовок, тем больший диаметр электрода можно применить. В таблице ниже Вы можете ознакомиться с соотношением толщины и диаметра электродов.

Для отдельных корневых проходов многослойных соединения оптимальны прутки до 2,5; 2,6; и 3 мм. При этом первый, коренной, валик варится диаметром до 3 мм, а дальше можно брать повышенный диаметр.

При работе в нижнем и вертикальном положениях масса электрода почти не важна. Сваривание потолочного шва требует минимальной массы в руке, поэтому диаметр тут нужен минимальный.

Также минимальный диаметр электрода важен еще и тем, что им наплавляется небольшое количество металла, которое быстро кристаллизуется, не стекает, а следовательно не образуются наплывы.

Имеет значение и тип обрабатываемого материала. К примеру, для сваривания чугунов рекомендуется малый диаметр электрода – из-за образования небольшой по площади ванны, что вносит минимум паразитного тепла.

При предварительной разделке кромок размер шва увеличивается, подготовка (включая степень подготовки поверхности) и сам процесс сварки усложняется, но это обеспечивает провар изделий большой толщины свыше 5 мм.

Взаимосвязь силы тока и диаметра электрода

Выбор параметров режима является целым делом – из-за взаимосвязанности отдельных величин. Так, если некорректно подобрать диаметр электрода при определённой силе тока, возможны непровар или прогорание металла.

«На глаз» можно выбирать по следующим соотношениям:

диаметр прутка 3 и менее мм: рекомендуется сила тока величиной в интервале от 60 до 95 А;
ф = 4 мм: от 100 до 190 А;
ф = 5 мм: от 160 до 240 А;
ф = 6 и более мм: от 250 до 350 А.

На фактическую работу здесь уже влияют пространственное положение и скорость сварки.

Силу тока лучше всего подбирать, выполняя сварку на небольшом пробном образце.

Скорость

При ручной дуговой сварке свой вес имеет скорость перемещения электрода. Основное, на что влияет этот критерий – степень заполнения расплавленным металлом образуемой ванны:

малая скорость приводит к образованию потёков металла (особенно при потолочном и вертикальном положениях) сбоку или прямо перед дугой – это гарантирует грубую чешуйчатость шва или даже наплывы;
высокая скорость сварки – отсутствие полноценного расплавления металла в области кромки и образование непроваров и трещин.

Считается нормальной скоростью, если перемещать электрод на уровне до 40 метров в час.

Дополнительные параметры

Выбор режимов сварки зачастую завершается уже описанными критериями. Для организации максимальной степени качества готового шва к основным параметрам режима сварки следует добавить ещё несколько не таких известных сварщику-новичку.

Помимо указанных далее критериев электрода и сварного шва нужно также не забыть степень очистки заготовок под сварку (удаление загрязнений, подготовка геометрии кромок).

Траектория движения электрода

Для ручной дуговой сварки характерно большое количество вариантов перемещения плавящегося электрода. В процессе сварки специалист контролирует траекторию его движения – для получения определённого результата.

Движение строго поступательное сводит контроль к расстоянию между прутком и кромками – и как следствие напряжении и силе тока на дуге. Важно смещать электрод равномерно, без «скачков». В ходе этого образуется валик присадочного металла. Он должен быть сформирован одинаковым в поперечном сечении.

Смещение в поперечном направлении ведёт к образованию более широкой сварочной ванны, связывающий свариваемые кромки. Ширина этих смещений обычно не превышает 4-5 диаметров плавящегося электрода.

При комбинировании этих компонентов получаются разные траектории, результатом которых является определённый уровень качества с учётом типа металла, его толщины и режима дуговой сварки. На рисунке ниже приведены различные виды перемещения электрода для разных положений.

Толщина электродного покрытия

Среди параметров режима ручной дуговой сварки этот показатель часто упускается – несмотря на сильную связь с диаметром электрода и типом его обмазки.

Толщиной называют соотношение внешнего диаметра электрода к диаметру металлического прутка. Это понятие определяет конструкцию, которых бывает целых 4 вида:

тонкая: при соотношении от 1,2;
средняя: 1,45 и более;
толстая (называется «качественной»): до 1,8;
особо толстая: более 1,8.

Выражается параметр в устойчивости горения дуги, возможности изменения химического состава шва и степени защиты от атмосферного воздуха.

Это определение не так сильно контролируется – чаще всего в технологии прописан конкретный электрод, для которого уже выполнены все проверки.

Вылет электрода

В режимы ручной дуговой сварки покрытыми электродами это понятие обычно не входит, так как оно больше относится к механизированному способу. Однако если разобраться, для штучного электрода это тоже справедливо.

Суть заключается в постепенном снижении длины прутка в ходе сварки. Это отражается на электрическом сопротивлении металла как звена энергоцепи, повышении нагрева электрода и постоянном изменении напряжения и силы тока.

Оптимальное качества шва отмечается при сварке первой половиной электрода, дальше начинается ускорение горения и падение напряжения.

Угол наклона электрода

Одним из способов эффективного контроля после регулирования расчётных параметров становится также поведение электрода, в частности – угол его наклона к свариваемому металлу. Взаимное положение шва и электрода влияют на глубину провара и ширину валика.

При направлении острого угла вперед глубина будет небольшой, но вырастет ширина шва. Причина – в нагнетании жидкого металла перед дугой.

При направлении острого угла назад активная зона ванны окажется позади и более активному расплавлению подвергнутся кромки металла. В результате повысится глубина провара.

Что до положения электрода относительно продольной оси шва, рекомендуется отклонение не более 10-15 градусов. Если дуга будет «поступать» сбоку, возможны наплывы расплавленного металла, что снижает качество и товарный вид.

Расположение шва в пространстве

Параметры режима ручной дуговой сварки обязательно включают пространственные условия. Возможны 4-е положения шва, которые обозначаются на упаковке и в инструкциях соответствующим образом.

Каждый из них отличается сложностью и необходимой техникой исполнения:

нижнее: наиболее простое, дуга подводится сверху, видимость и удобство максимальные, шов можно без труда контролировать;
горизонтальное: шов выполняется по горизонтальной линии на вертикально установленных заготовках, здесь нужны подготовка кромок и профилактика вытекания расплавленного металла из ванны;
вертикальное: шов выполняется по вертикальной линии, вопрос выхода металла из ванны ещё острее, что решается применением специальных обмазок и сваркой на короткой дуге;
потолочное: дуга подаётся снизу вверх, что приводит к самым тяжёлым условиям труда сварщика, в отношении ванны требуется короткая дуга и тугоплавкое покрытие электрода, это – техника не для новичков.

Если стоит задача варить в потолочном положении, то нужно использовать способ сварки с отрывом. Дуга зажигается, производится сварка буквально 1-2 сек и дуга обрывается.

Выдерживается пауза 2-3 секунды и снова производится сварка небольшого участка. Этот способ поможет заварить без вытекания сварочной ванны.

Положение электрода и манипуляции им нужно планировать также исходя и из доступного пространства.

Число проходов

Техника сварки всегда учитывает толщину металла. При значительной толщине (более 3-4 мм) рекомендуется варить в 2 и более проходов. Этим более равномерно распределяется вводимое тепло (часть его сбрасывается при технологических паузах) и одновременно снижаются внутренние деформации.

Проще всего это реализовать в нижнем положении, однако опытные сварщики производят необходимое количество проходов и в потолочном.

Суть проста: накладывается первый, корневой, валик (с полным оплавлением обеих кромок), после чего последовательно выполняются все последующие вплоть до технологического наплыва – финального валика.

При этом часто варят участками и обратно-последовательным способом – для компенсации тепловых деформаций в материалах.

Распространён каскадный способ – когда после завершения сварки на участке шва следующий валик накладывается без паузы прямо поверх предыдущего.

Наклон заготовок

Существует проблема сужения зазора между свариваемыми кромками: при подаче тепла естественным образом расширяется металл, образовывается сварочная ванна, из-за чего «доступ» к корневой области затрудняется. В результате возможен непровар и (или) сильная деформация металла.

Предотвратить это можно с помощью планирования взаимного расположения кромок. Рекомендуется «раскрытие» зазора – когда верхняя, лицевая, часть шире нижней, корневой. Оптимальная разница – около 9 градусов. При большем уклоне возможно вытекание расплавленного металла ванны.

Температура окружающей среды

Электродуговая сварка чувствительна к температуре окружающей среды, а также силе ветра. При работе под открытым небом и без защиты от ветра дугу при ручной дуговой сварке будет «сдувать», что критично отразится на качестве.

При низкой и отрицательной температуре воздуха охлаждается и свариваемая сталь. Применение другого сварочного аппарата не поможет — проблемы возникают при сильном перепаде температур, в частности – при кристаллизации металла.

Часть растворённых газов из-за повышенной скорости остывания сплава остаётся в нём, не успевают всплыть неметаллические компоненты и загрязнения – риск образования трещин и пор в мороз гораздо выше.

Работы при температуре ниже 5-10 градусов мороза нуждаются в небольшом предварительном или сопроводительном подогреве заготовок. По толщине – допускается работать без ограничений с листом до 10-15 мм.

Как подобрать сварочный ток

Перед началом фактической работы следует выбрать значение электрического тока – остальные параметры будут либо подогнаны автоматически (как напряжение, «подтягиваемое» по току), либо выстроены «по месту» (положение электрода и скорость работы).

Для бытовых и небольших хозяйственных задач расходные материалы обычно берутся из имеющихся, поэтому основная важность – у тока.

Подобрать его на скорую руку можно с помощью простой таблицы:

№	Металл, мм	Электрод, мм	Сила тока, А
1	до 2	1,6	до 48
2	до 3	2,0	до 78
3	до 3	2,5	до 90
4	до 4	3,0	до 155
5	до 6	4,0	до 190
6	до 8	5,0	до 245
7	до 25	6,0	до 315
8	до 60	8,0	до 390

Если шов становится некачественным, или неустойчиво горит дуга, следует попробовать изменить настройку – сделать немного больше или меньше.

В тех случаях когда идет сильный треск дуга горит не стабильно, ее сложно зажечь, то ток добавляем.

Если образуются прожоги металла или слишком много расплава в сварочной ванне – ток уменьшаем. Как говорилось ранее это лучше всего сделать на пробной заготовке до начала сварки.

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.

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.

Как правильно варить электросваркой

В частном доме, на даче, в гараже и даже в квартире — везде есть немало работ, требующих сварки металла. Особенно остро эта необходимость ощущается в процессе стройки. Тут особенно часто требуются что-то подварить или отрезать. И если отрезать еще можно болгаркой, то надежно соединить металлические детали кроме сварки нечем. А если стройка ведется своими руками, то и сварочные работы вполне можно сделать самостоятельно. Особенно в тех местах, где красота шва не требуется. О том, как правильно варить сваркой, расскажем в этой статье.

Азы электросварки

Сварное соединения металла на сегодня — самое надежное: куски или детали сплавляются в единое целое. Происходит это в результате воздействия высоких температур. Большинство современных сварочных аппаратов для расплавления металла используют электрическую дугу. Она разогревает металл в зоне воздействия до температуры плавления, причем происходит это на небольшой площади. Так как используется электрическая дуга, то и сварка называется электродуговой.

Это не совсем правильный способ сварки)) Как минимум, вам нужна маска

Виды электросварки

Электрическая дуга может образовываться как постоянным, так и переменным током. Переменным током варят сварочные трансформаторы, постоянным — инверторы.

Работа с трансформатором — более сложная: ток переменный, потому сварная дуга «скачет», сам аппарат — тяжелый и громоздкий. Еще немало напрягает шум, который издает при работе и дуга и сам трансформатор. Имеется еще одна неприятность: трансформатор сильно «садит» сеть. Причем наблюдаются значительные скачки напряжения. Этому обстоятельству очень не рады соседи, да и ваша бытовая техника может пострадать.

Инверторы в основном работают от сети 220 В. При этом они имеют небольшие габариты и вес (прядка 3-8 килограммов), работают тихо, почти не оказывают влияния на напряжение. Соседи и не узнают, что вы начали пользоваться сварочным аппаратом, если только не увидят. К тому же, так как дуга вызвана постоянным током, она не прыгает, ее проще перемешать и контролировать. Так что если вы решили научиться сваривать металл, начитайте со сварочного инвертора. О выборе инверторного сварочного аппарата читайте тут.

Технология сварочных работ

Для возникновения электрической дуги необходимы два токопроводящих элемента с противоположными зарядами. Один — это металлическая деталь, а второй — электрод.

Электроды, которые используются для ручной электродуговой сварки, представляет собой сердечник из металла, покрытый специальным защитным составом. Бывают еще графитовые и угольные неметаллические сварочные электроды, но они используются при специальных работах и начинающему сварщику вряд ли пригодятся.

При касании электрода и металла, имеющих разную полярность, возникает электрическая дуга. После ее появления, в том месте, куда она направлена, начинает плавиться металл детали. Одновременно плавится металл стержня электрода, переносясь с электрической дугой в зону плавления: сварную ванну.

Как образуется сварная ванна. Без понимания этого процесса вы не поймете, как варить металл правильно (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)

В процессе также горит защитное покрытие, частично плавясь, частично испаряясь и выделяя некоторое количество раскаленных газов. Газы окружают сварную ванну, защищая металл от взаимодействия с кислородом. Их состав зависит от типа защитного покрытия. Расплавленный шлак также покрывает металл, способствуя еще и поддержанию его температуры. Чтобы правильно варить сваркой, необходимо следить за тем, чтобы шлак покрывал сварную ванну.

Сварной шов получается при движении ванны. А двигается она при перемещении электрода. В этом и заключается весь секрет сварки: нужно с определенной скоростью передвигать электрод. Важно также в зависимости от требующегося типа соединения правильно подбирать его угол наклона и параметры тока.

По мере остывания металла на нем формуется корка шлака — результат горения защитных газов. Она также защищает металл от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. После остывания его оббивают молотком. При этом разлетаются горячие осколки, потому защита глаз обязательна (надевайте специальные очки).

Как научиться варить сваркой

Начинается все с подготовки рабочего места. Безопасности при работе с электросваркой необходимо уделять повышенное внимание: тут есть возможность получить травму и от электричества, и от высоких температур. Потому к подготовке отнеситесь серьезно.

Учится варить электросваркой удобнее на толстом куске металла: на нем лучше практиковаться. Кроме него и сварочного аппарата, понадобятся краги (толстые перчатки) и маска сварщика. Также необходима плотная одежда, защищающая все тело, прочная обувь толстой кожи. Они должны выдерживать попадание искры и окалины. Нужна будут также молоток и металлическая щетка для того, чтобы сбивать шлак. Для защиты глаз при этом нужны будут очки.

Как подключать электрод

Сварочные работы для начинающих проще будет проводить, если взять универсальный электрод диаметром 3 мм (3,2 мм, если точно). Они стоят дороже, но работать с ними легче. После того как вы научитесь варить металл, можно будет попробовать использовать более дешевые, но начинать лучше с этих.

Электрод вставляется в держатель, закрепленный на одном из сварочных кабелей. Есть два типа фиксаторов — пружинный и винтовой. Если держатель электрода пружинный, нажимаете на клавишу на ручке и в появившееся гнездо вставляете электрод. При винтовом зажиме ручка вращается. Раскручиваете ее, вставляете электрод и зажимаете. В любом случае он не должен шататься. Установив электрод можно подключать кабели.

На сварочном аппарате постоянного тока есть два выхода: положительный и отрицательный. Также есть два сварочных кабеля:

один заканчивается металлическим зажимом-фиксатором — подсоединяется к детали;
другой — держателем для электрода.

Какую полярность подключать для сварки зависит от типа работы. Если говорить об инверторах, то чаще плюс подключают на деталь, а минус подают на электрод. Такой вариант включения называют прямой полярностью. Но есть перечень работ, при которых подают обратную полярность: минус — на деталь, плюс — на электрод (например, для сварки нержавейки).

Прямая и обратная полярность подключения на сварочном инверторе

Прямая полярность обеспечивает лучший прогрев металла, что и необходимо для большей части соединений. Это объясняется тем, что электроны движутся от отрицательно заряженного полюса — при прямой полярности это электрод — к положительному — детали. При этом они дополнительно передают металлу свою энергию, повышая его температуру.

Начало сварки: зажигаем дугу

Как подключить электрод к инвертору разобрались. Теперь о том, как зажечь дугу. Возникает она при непосредственном контакте электрода и детали. Есть два способа:

Из названия все ясно: в одном случае нужно провести электродом вдоль шва (чтобы не осталось следов), во втором — несколько раз стукнуть по детали кончиком электрода.

Когда электрод новый, его кончик оголен, розжиг происходит легко. Если он уже был в работе, вокруг стержня образовалась стенка в несколько миллиметров из защитного покрытия. Это покрытие нужно отбить, несколько раз стукнув кончиком по детали.

Оба способа розжига используются, тут выбирает каждый, кому как удобно. Этот навык — первый, который вам придется освоить, если вы хотите научиться пользоваться электросваркой.

Потому берете несколько электродов, толстый кусок металла, и пытаетесь зажечь дугу. Как только у вас стало, получаться, можно приступать к следующему этапу обучения.

Наклон электрода

Основное положение электрода — наклоненное чуть к себе — на угол от 30° до 60° (смотрите рисунок). Величину наклона подбирают в зависимости от необходимого сварного шва и от выставленного тока. Ориентируются на состояние сварной ванны.

Первое положение называется «углом назад». В этом случае ванна и расплавленный шлак движется за кончиком электрода. Его угол наклона и скорость движения должны быть такими, чтобы шлак успевал накрывать расплавленный металл. В таком положении получаем прогрев металла на большую глубину.

Техника ручной дуговой сварки: положение электрода углом вперед и углом назад

Бывают ситуации, когда металл сильно разогревать не нужно. Тогда угол наклона меняется на противоположный, шов и ванна «тянутся» за электродом. В этом случае глубина прогрева получается минимальной.

Движения электрода

Ответить на вопрос «как правильно варить электросваркой» просто: нужно контролировать сварную ванну. Для этого необходимо удерживать электрод на расстоянии 2-3 мм от поверхности металла и контролировать состояние и размер сварной ванны. Вот в этом и заключается мастерство сварщика.

Сложность заключается в том, что одновременно приходится контролировать несколько параметров:

двигать электрод по одной из показанных на фото траекторий,
по мере выжигания опускать его чуть ниже, сохраняя постоянное расстояние в 2-3 мм;
следить за размерами и состоянием сварной ванны, ускоряя или замедляя движения электродом;
следить за направлением шва.

Движения кончика электрода показаны на рисунке. Желающим научиться электросварке для домашнего применения все их осваивать не нужно, но два-три движения вам понадобятся: для разных ситуаций, швов и металлов.

Еще один элемент техники ручной дуговой сварки: кончик электрода должен двигаться по одной из этих траекторий (или по какой-то похожей)

Как научиться варить электросваркой? Отрабатывать движения на толстом куске металла. Получаются тогда не швы, а валики. Этот этап — начальный. На нем вы освоите элементарные навыки сварщика: научитесь контролировать расстояние от кончика электрода до детали, и при этом, двигать его по заданной траектории, следить за сварной ванной и шлаком в ней.

Для этого берете толстый металл, мелом прочерчиваете на нем линию: по ней нужно будет уложить валик. Разжигаете дугу и начинаете осваивать движения, учась одновременно контролировать ванну. У вас получится не с первого, и, даже, не с десятого раза. Электродов изведете, наверное, с десяток. Когда техника ручной дуговой сварки будет отработана: валик будет равномерным, ширина и высота его постоянными (или почти), можно пробовать соединять детали.

Похожие валики должны получаться у вас. Так вы сможете научиться правильно варить сваркой электродами

Как правильно сваривать металл

Научится правильно держать электрод и двигать ванну для хорошего результата недостаточно. Необходимо знать, некоторые тонкости поведения соединяемых металлов. А особенность заключается в том, что шов «тянет» детали, из-за чего их может перекосить. В результате форма изделия может сильно отличаться от задуманной.

Технология электросварки: перед началом наложения шва, детали соединяют прихватками — короткими швами, расположенными на расстоянии 80-250 мм друг от друга

Потому перед работой детали закрепляют струбцинами, стяжками и другими приспособлениями. Кроме того делают прихватки — короткие поперечные швы, проложенные через несколько десятков сантиметров. Они скрепляют детали, придавая изделию форму. При сварке стыков их накладывают с двух сторон: так возникающие напряжения компенсируются. Только после тих подготовительных мероприятий начинают сварку.

Как выбрать ток для сварки

Научиться варить электросваркой невозможно, если не знать, какой выставлять ток. Он зависит от толщины свариваемых деталей и используемых электродов. Их зависимость представлена в таблице.

Но при ручной электродуговой сварке все взаимосвязано. Например, в сети упало напряжение. Выдать необходимый ток инвертор просто не может. Но даже в этих условиях работать можно: можно медленнее двигать электрод, добиваясь хорошего прогрева. Если и это не помогло, меняете тип движения электрода — несколько раз проходя по одному месту. Еще один способ — поставить тоньше электрод. Комбинируя все эти методы можно добиться хорошего сварного шва даже в таких условиях.

Как правильно варить сваркой вы теперь знаете. Осталось отработать навыки. Выбирайте сварочный аппарат, покупайте электроды и сварочную маску и приступайте к практике.

Чтобы закрепить информацию и допускать меньше ошибок, посмотрите видео-урок по сварке.

Основные принципы ручной дуговой сварки

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

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

Краткий обзор технологии

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

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

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

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

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

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

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

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

Назначение

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

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

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

Технические возможности

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

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

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

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

Подбор сварочных параметров

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

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

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

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

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

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

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

Что значит маркировка

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

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

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

Толщина покрытия определяется в процентах по отношению к самому стержню.

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

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

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

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

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

Разновидности оборудования

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

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

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

Требования ГОСТа

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

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

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

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

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

Читайте также: