Время горения электрода при сварке

Обновлено: 20.09.2024

Будет ли это ремонт в квартире либо же постройка нового гаража – знания азов сварки металлов пригодятся всегда. Когда происходит постройка нового объекта, то в любом случае нужно будет прибегать к сварочным работам для модификации элементов интерьера или экстерьера. Для красивых швов понадобится рука профессионала, однако, там, где это не принципиально, работу сделает и неопытный сварщик, который знает, как правильно варить сваркой электродами.

Общие сведения

Электросварка – это процесс соединения металлов при помощи тепловой энергии электрической дуги. Температура при сварке электродом может достигать 6500°С, что превышает температуру правления большинства известных металлов. Есть огромное количество областей производства, где применяется электрическая дуговая сварка. Эта технология предоставляет возможность создавать массивные сооружения и производить экономичный ремонт конструкций, не требующих много физических усилий.

Сварка с использованием электрода

Сваренные металлы не уступают по прочности оригинальной конструкции. Чем стремительнее развивается строительная индустрия, тем больше появляется сфер применения этой технологии. Каждый уважающий себя хозяин должен знать, как правильно варить электродом 3 мм.

Особенности электросварки

Сегодня различают следующие типы дуговой сварки:

ручная;
полуавтоматическая;
автоматическая.

Если в рамках строительного проекта нужно выполнять длинные швы, то рациональным решением будет использование автоматической сварки. Ручной тип больше подходит для более тривиальных задач. «Красота» при ручном сваривании зависит от профессиональности сварщиков. Есть несколько способов узнать, как варить сваркой электродам – видео и пошаговые инструкции имеют самую высокую информативность.

Ручной тип в основном применяется во время выполнения монтажных работ или строительства с использованием металла в форме широких листовых полос. Технология также позволяет соединять трубопроводы, поэтому широко применяется при выполнении сантехнических работ.

Виды электродов

Есть различные типы электродов для ручной дуговой сварки:

Проводник, обработанный силикатной обсыпкой. Это популярный тип, используется для резки металлов. Наиболее распространённые размеры: 0,3 см и 0,4 см. Перед тем как варить сваркой электродами тройкой или четверкой, необходимо иметь представление о виде работы, которую нужно проделать.
Вольфрамовые. Данный вид применяется при аргонодуговой сварке для варки металлов и различных поверхностей. Особенностью этих электродов является то, что они не поддаются плавке.
Электроды, обработанные стеклянной обсыпкой. Эти электроды для сварки оцинкованных труб используются наиболее часто. Когда проваривается шов, шлаковый шлейф отпадает сам, что существенно снижает риск повреждения конструкции.

Технология сварки электродами

Чтобы воспользоваться технологией дуговой сварки, для начала необходимо убедиться, что к электроду подключен переменный или постоянный ток. Электрическая дуга, генерирующая тепловую энергию, образовывается при удержании проводника на свариваемом объекте.

После воздействия высокой температуры дуги (она может достигать 7000°С), происходит плавка металла. Электрод расплавляется и соединяется со смесью металлов.

«Обратите внимание!
Нужно знать, как правильно варить нержавейку электродами, чтобы получить полноценный сплав.»

В процессе сварки используется сварочная ванна. Размеры ванны зависят от множества факторов, в число которых входят размер конструкции, скорость движения дуги, а также режима сварки (ручной или автоматический). Длина ванны в среднем составляет 15 мм.

Как подключать электрод?

Если подключить к изделью анод (+), то будет происходить ручная дуговая сварка прямой полярности. При присоединении отрицательного полюса (-), будет выполняться сварка ручного типа с обратной полярностью. Таким образом, имеется прямое и обратное подключение проводника. Оба эти виды подключения можно использовать – конкретный тип зависит от толщины металла. Для тонких материалов применяется обратное подключение, а для металлов большой толщины (более 0,3 см) – прямое.

Как правильно зажигать дугу?

Прежде чем зажечь дугу, необходимо выбрать нужную силу тока на сварочном устройстве. Аппарат имеет два кабеля:

на первом находится зажим;
на втором – специальный держатель, на который крепится электрод.

Зажечь дугу можно двумя способами:

Способы зажигания сварочной дуги

Подготовка электродов к сварке и виды передвижения являются основными отличиями способов зажигания дуги.

Если используют процесс касания, то электрод располагают под углом 90 градусов по отношению к тому месту, где будет образован шов. Когда произошло первое касание, проводник отводят на 0,3 сантиметра. За счет большого количества тепловой энергии достигается температура, помогающая соединять металлы.

Метод зажигания чирканья напоминает зажигание спички. Касание должно быть плавным, а располагать проводник нужно в одном направлении. После касания инструмент нужно отвести от рабочей области. Этот метод является наиболее распространённым из-за его сравнительной простоты, но в то же время он не позволяет достичь труднодоступных мест.

Необходимый наклон электрода

Подача электродов зависит от того, какое положение занимает сварка, а также от толщины и свойств металла, который необходимо сплавить. Что касается направления сварки, то здесь возможны следующие варианты:

Вне зависимости от того, какое направление было выбрано сварщиком, важно убедиться, что была достигнута максимальная глубина сварки, а шов формируется правильно. Чтобы получить ровный и эстетически красивый шов рекомендуется наклонять проводник под углом 30-60°.

Положение электрода при сварке

Движение электрода

Движения электродов, что выполняются во время сварки, называют колебательными. Существует большое количество подходов к выполнению сварочных работ.

Первое движение называется поступательным. Используя это движение, сваривание происходит по оси электрода, при этом поддерживается стабильная длина дуги. Конкретная длина дуги при сварке электродами зависит от марки устройства, а также особенностей процесса сварки. Уменьшив двину дуги, качество шва тоже будет уменьшаться. Также появляется возможность короткого замыкания. Дуга должна быть в пределах диаметра электрода (по крайней мере, она не должна выходить за 1,3 его диаметра). Если дуга слишком большая, это спровоцирует разбрызгивание металла по всей сварочной ванне (форма шва также будет непривлекательной).

Второе движение называется смещение и подразумевает смещение проводника вдоль его оси, чтобы образовать шов. Конкретная скорость смещения зависит от:

диаметра устройства;
силы переменного или постоянного тока;
скорости плавления.

Если поперечные смещения отсутствуют, то шов получится узким (он чаще всего используется при сплаве тонких конструкций).

Варианты движения электрода при сварке

Как выбрать ток для сварки?

Для начала стоит определить вид тока для сварочных работ: постоянный или переменный. При использовании переменного тока уменьшается глубина приваривания (примерно на 45%), в то время как провар уменьшается на 15%, если использовать переменный ток (на 25%).

Определившись с полярность электрода, необходимо выбрать диаметр проводника. От него зависит вид тока, а также время горения электрода при сварке. Например, если используется проводник диаметром 2,5 мм, то для сваривания необходимо подать ток 70–120 А. В тех ситуациях, когда речь идет о сварке тонких металлов, необходимо подбирать проводник толщиной 2–3 мм, при этом нужно подавать ток силой 40–70 А. Таким образом, можно сделать вывод, что на силу тока влияет вид толщины материала и диаметра электрода.

Заключение

Нужно помнить, что электрическая сварка бывает автоматической, полуавтоматической и ручной, а выбор проводников и тока зависит от тонкостей сварочных работ. Кроме того, если работник выяснил, как правильно варить сваркой электродами, типы швов у него будут получаться тонкие и красивые.

6.2. Расчет режимов сварки (наплавки) в углекислом газе проволокой сплошного сечения

В основу выбора диаметра электродной проволоки при сварке и наплавке в углекислом газе положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле:

где а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм 2 (при сварке в СО₂ а=110 ÷ 130 А/мм 2 ; d_Э – диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по табл. 6.1.

Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы сварочного тока

При сварочном токе 200 ÷ 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ÷ 4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 8 ÷ 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, расчитывается по формуле:

где α_Р – коэффициент расплавления проволоки, г/А ч ; ρ – плотность металла электродной проволоки, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3 ).

Значение α_Р рассчитывается по формуле:

Скорость сварки (наплавки), м/ч, рассчитывается по формуле:

где α_Н - коэффициент наплавки, г/А ч; α_Н = α_Р(1-Ψ), где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО₂ Ψ = 0,1- 0.15;F_B - площадь поперечного сечения одного валика, см 2 . При наплавке в СО₂ принимается равным 0,3 - 0,7 см 2 .

Масса наплавленного металла, г, сварке рассчитывается по следующим формулам:

при наплавочных работах:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см 3 ); V_Н - объем наплавленного металла, см 3 .

Время горения дуги, ч, определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, определяется по формуле:

где k_П – коэффициент использования сварочного поста, ( k_П= 0,6 ÷ 0,57).

Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле:

где G_H – масса наплавленного металла, г; Ψ – коэффициент потерь, (Ψ = 0,1 - 0,15).

Расход электроэнергии, кВт ч, определяется по формуле:

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания: при постоянном токе 0,6÷0,7 , при переменном 0,8÷ 0,9; W_O–мощность источника питания, работающего на холостом ходе, кВт. На постоянном токе Wо = 2,0÷ 3,0 кВт, на переменном – Wо= 0,2÷ 0,4 кВт.

Справочные сведения по оборудованию для сварки в СО₂ приведены в табл. 4,5,7 приложения.

6.1. Расчет режимов ручной дуговой сварки (наплавки)

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1–1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле:

где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d_Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_Э принимается равным по следующей таблице:

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ≥ 3d_Э, то значениеI_СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5d_Э, то сварочный ток уменьшают на 10–15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10–15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10–15%.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_Д= 22 ÷ 28 В.

Расчет скорости сварки, м/ч, производится по формуле:

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); F_ШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2 ; ρ – плотность металла электрода, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3 ).

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см 3 ).

Расчет массы наплавленного металла, г, при ручной дуговой наплавке производится по формуле:

где F_НП – площадь наплавляемой поверхности, см 2 ; h_Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.

Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, приближенно определяется по формуле:

где t_O – время горения дуги (основное время),ч; k_П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.

Расход электродов, кг, для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле:

где k_Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания сварочной дуги; W_O–мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т– полное время сварки или наплавки, ч.

Значения η источника питания сварочной дуги и W_O можно принять по таблице:

Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги может быть осуществлен по табл. 1–5 приложения.

Термины, относящиеся к процессу сварки покрытыми электродами

В каталоге сварочных материалов компании ЭСАБ «Welding Handbook» даны описания всех электродов. Там указаны материалы, для сварки которых они предназначены, а также их характеристики.

Коэффициент наплавки

Коэффициент наплавки выражается в процентах:

Род тока

Показывает, можно ли данную конкретную марку электрода применять для сварки на постоянном токе прямой или обратной полярности или на переменном токе. Если электрод применим для переменного тока, функционально его можно применять и для сварки на постоянном токе как прямой, так и обратной полярности. Для сварки на переменном токе требуется, чтобы электрод обладал хорошей ионизацией, т.к. каждый раз при смене полярности 50 раз в секунду происходит гашение дуги.

Положительный потенциал на электроде обеспечивает наибольшую глубину проплавления, а отрицательный минимальную. Переменный ток дает среднюю глубину.

Напряжение холостого хода (OCV)

Это напряжение, которое выдает на выходе сварочный источник без нагрузки. Электроды с основной обмазкой требуют не менее 65 В. Бытовые трансформаторы обычно выдают не более 50 В. Кроме электродов с рутиловой обмазкой, этого напряжения недостаточно. При поджиге дуги напряжение холостого хода падает примерно до 25 В. Обычно, бытовые источники питаются от однофазной сети напряжением 230 В. При 10 А плавких предохранителях из сети можно снимать не более 2300 Вт. При сварочном токе 150 А и напряжении 25 В, потребляемая мощность составляет 3750 Вт. Предохранители при такой нагрузке расплавятся (сварочный ток не должен превышать 100 А). Профессиональное источники работают от трехфазной сети мощностью не менее 16 А х 400 В = 6400 Вт, соответственно при 16 А предохранителях сварочный ток может составлять 250 А.

В справочнике «Welding Handbook» среди прочей информации указаны диапазоны рабочих токов и напряжений на дуге всех электродов.

Классификация электродов

Электроды изготавливаются в соответствии с требованиями стандартов, которые регламентируют их характеристики и механические свойства наплавленного металла. Обычно их классифицируют по стандартам AWS A5.1 (стандарт на электроды Американского Общества Сварщиков), EN 499 (Европейский стандарт на покрытые электроды) и ISO 2560 (стандарт на электроды Международной Организации по Стандартизации).

Одобрения

Следуя пожеланиям заказчиков, ЭСАБ дает классификации в соответствии с обоими вышеупомянутыми стандартами. Кроме того, для защиты третьих лиц от возможных последствий аварий и убытков действуют аккредитованные государствами специализированные сертифицирующие органы. Их задача состоит в том, что они, выдавая соответствующее разрешение, гарантируют третьим лицам отсутствие инцидентов и аварий. Подобные контрольные органы называются классификационными обществами.

Продукция ЭСАБ имеет одобрения ряда таких классификационных обществ, которые ведут мониторинг процессов сварки, отбора образцов и механических испытаний электродов, взятых для проверки методом случайного отбора со склада.

Если полученные результаты соответствуют требованиям стандартов и данных классификационных обществ, данная продукция может применяться для изготовления объектов, мониторинг которых данные органы осуществляют, например сосуды, работающие под давлением или несущие конструкции. Подобные тесты проводятся ежегодно.

Химический состав

В справочнике обычно дается типичный химический состав наплавленного металла. Для его определения отбирается металл от специального образца, наплавленного в регламентируемую стандартом разделку. Практически наплавленный металл должен состоять только из металла наплавленного электродом без примеси основного металла. В отличие от него металл шва наплавленного в конструктивную разделку содержит около 30% и более основного металла. Сварной шов, сваренный без разделки кромок, содержит еще большее количество основного металла. По этой причине в отличие от металла, наплавленного в стандартную разделку, указать в каталоге его механические свойства не представляется возможным.

Механические свойства

Механические свойства сварного шва в первую очередь зависят от химического состава наплавленного металла, но при этом на них также влияют доля участия основного металла в шве и параметры сварки. Предел текучести регламентирует усилие, при котором металл начинает пластически деформироваться.
Предел прочности определяет то усилие, при котором происходит разрушение металла. Величина деформации, выраженная в процентах от изначальной длины образца, которая произошла между усилиями предела текучести и предела прочности на базовой длине образца, равного пяти его диаметрам.

Ударная вязкость

Ударная вязкость является мерой энергии, которую забирает на себя пластический излом материала при заданной температуре. Холодный материал более склонен к хрупкому излому. Температурный интервал, в котором происходит переход стали от вязкого разрушения к хрупкому, называется порогом хладноломкости.
В интервале температур порога хладноломкости ударная вязкость уменьшается лавинообразно, и может от вязкого излома со значением в сотню Джоулей падать до хрупкого излома с энергией в нескольких Джоулей. Неправильный выбор стали или электрода для плунжерного снегоочистителя или ледокола может привести к непредсказуемым последствиям. Алюминий и никель такого порога хладноломкости не имеют, поэтому данные материалы применяются для изготовления емкостей для транспортировки сжиженных газов при температуре -196°С.

Диаметр электрода

Он определяется диаметром электродной проволоки. Электроды малых диаметров используются для сварки тонких материалов или корневых проходов. Для сварки больших толщин можно применять электроды большего диаметра. С увеличением диаметра необходимо увеличивать ток сварки. Разрешенный для конкретного диаметра конкретной марки электрода диапазон токов должен находиться в диапазоне от минимального, на котором он начинает устойчиво гореть, до значения на 10% ниже того, при котором в результате нагрева проволоки начинает осыпаться обмазка. Этот диапазон достаточно широк, поэтому конкретное значение тока выбирается исходя из толщины металла и пространственного положения сварки. Длина электрода определяется длиной электродного стержня. Она варьируется в зависимости от типа электрода. Некоторые проволоки имеют более высокое электрическое сопротивление. Если стержень слишком длинный, при сварке он может перегреться. Поэтому никелевые и нержавеющие электроды выпускаются длиной в диапазоне от 300 до 350 мм.

Напряжение на дуге

Данный параметр меняется зависимости от типа и длины электрода. Независимо от марки, видимую длину дуги можно делать длиннее или короче, однако в зависимости от глубины конуса, образующегося на конце электрода, данный параметр может варьироваться для электродов одного типа. Высокопроизводительные электроды с толстой обмазкой варят на более высоком напряжении. Обычно величина напряжения на источниках для ММА-сварки не регулируется. Однако, на некоторых типах оборудования, предназначенного для сварки трубопроводов целлюлозными электродами, данный параметр делают регулируемым (сила дуги).

Коэффициентом наплавки называется отношение веса наплавленного металла к весу электродов, которыми данная наплавка была выполнена. Он подсчитывается по результатам тестовой сварки, взвешивая свариваемое изделие до и после сварки и потраченные на него электроды. Данный коэффициент рассчитывается по формуле: N = «вес наплавленного металла [кг]» / «вес израсходованных электродов [кг]» либо «производительность наплавки [кг/час]» / «скорость горения электродов [кг/час]». Данный коэффициент показывает, сколько килограмм наплавленного металла получим из закупленной партии электродов весом Х кг. Например, при минимальной величине огарка из 50 кг электродов, имеющих коэффициент наплавки 65% можно примерно получить 32,5 кг наплавленного металла.

Количество электродов, необходимое для получения 1 кг наплавленного металла

Если известна скорость горения электрода, то, зная этот параметр, можно подсчитать, сколько времени потребуется для наплавки 1 кг металла.

Производительность наплавки

Производительность наплавки показывает, сколько килограмм наплавленного металла можно получить при сварке электродом данной марки и диаметра в единицу времени [кг/час]. В данном случае учитывается только оперативное время без учета его затрат на смену электрода, удаление шлака, зачистку шва и т.п. операции. При повышении тока сварки производительность наплавки возрастает.

Время сгорания одного электрода в секундах

Измеряется на сварочном токе, устанавливаемом на уровне на 10% ниже максимально допустимого для электрода данной марки и диаметра. Это время увеличивается при снижении величины тока сварки.

Читайте также: