Ручная дуговая сварка покрытыми металлическими электродами

Как варить сварочными электродами?

В ходе ручной дуговой сварки, производимой посредством покрытых металлических электродов, горящая между металлическим изделием и электродом, сварочная дуга расплавляет покрытие и металл стержня электрода. Одновременно с расплавлением происходит оплавление кромок свариваемого изделия.
У нас можно купить сварочные электроды от 80 рублей за килограмм! (перейти в каталог)

Рисунок 1.

Схема сварочного процесса

Как видно на рисунке 1, элементы покрытого металлического электрода — это электродный стержень и его покрытие. Первый изготовлен из специальной сварочной проволоки, а покрытие выполнено из многокомпонентного сплава металлов с их оксидами. Все составляющие смеси в зависимости от функционального предназначения. Ниже приведена их классификация.

• Шлакообразующие:
• изолирующие (защищают плавящийся металл от действия активных газов, содержащихся в атмосферном воздухе);
• рафинирующие;
• раскислители;
• легирующие.

• ионизирующий газ;
• защитный газ;

Виды и характеристика покрытых электродов

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

Стержни классифицируют по нескольким признакам.

По назначению:

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

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

По видам покрытия:

• А – кислое;
• Б – основное;
• Ц – целлюлозное;
• Р – рутиловое.

Кислые (А)

Содержат:

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

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

Не применяется в стесненных условиях.

Основные (Б)

В состав обмазки входят:

• ферросплавы;
• фтористокальциевые соединения.

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

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

С целлюлозным покрытием (Ц)

Содержат:

• оксицеллюлозу;
• ферросплавы;
• рутил.

Электроды подходят для сварки постоянным током в любом пространственном расположении.

Их часто применяют для соединения стыков трубопроводов.

Рутиловые (Р)

В состав входят:

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

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

Техника формирования сварочного шва

Процессу розжига (возбуждения) сварочной дуги должна предшествовать установка заданного сварочного тока – величина его определяется маркой электрода, пространственным положением шва, типом сварного соединения.

Зажигание можно проводить по двум схемам:

1. Электрод располагают перпендикулярно свариваемой поверхности, выполняют легкое (без усилия) прикосновение к месту сварки, после чего поднимают электрод вверх, примерно на 25 см.
2. Зажигание дуги вторым способом подобно поджиганию обычной спички.

После обрыва дуги, ее повторный розжиг выполняется впереди кратера – от основного металла к наплавленному – это обеспечивает удаление загрязнений, скапливающихся в углублении, путем подъема их на поверхность. Затем сварка ведется в необходимом направлении.

Выбор способа розжига дуги зависит от двух факторов – условий сварки и опытности сварщика.

Виды и методы электродуговой сварки

Применяемый вид электродуговой сварки определяется:

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

По степени автоматизации процесса дуговой сварки различают

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

Ручная электродуговая сварка

Полуавтоматическая дуговая сварка

Схема полуавтоматической сварки

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

Движение и расположение электрода

Пространственное расположение электрода определяется положением сварного шва, которое может быть:

• нижнее;
• потолочное;
• горизонтальное/вертикальное на вертикальной поверхности.

Сварка вертикальных швов может производиться снизу вверх либо сверху вниз.

Во время сварочного процесса с нижним расположением шва, электрод наклонен относительно вертикали в направлении сварки.

Используется два способа перемещения электрода: «от себя» либо «к себе».

Если в ходе сварочного процесса конец электрода не делает поперечных колебательных движений, тогда ширина валика составляет 80-150% от диаметра электрода. Подобные валики получили название узких или ниточных швов. Они находят применение при создании начального слоя многослойного шва и при сварке металлов небольшой толщины.

Средние швы (валики) образуются благодаря колебательным движениям, совершаемым концом электрода. Ширина таких валиков, как правило, не превышает 2-4 диаметров электрода.

На рисунке 2 схематически представлены колебательные движения, которые может совершать конец электрода.

Рисунок 2.

Основные варианты траекторий поперечных колебаний, совершаемых
концом электрода

ГЛАВА 2. Ручная дуговая сварка плавящимся электродом

2.1Схема процесса ручной дуговой сварки покрытым электродом

Руч­ная ду­говая свар­ка пла­вящим­ся элек­тро­дом (111 Manual metal arc welding

, или
Shielded metal arc welding
,
USA
— ус­ловное обоз­на­чение про­цес­са сог­ласно ГОСТ Р ИСО 4063—2010) — свар­ка плав­ле­ни­ем, при ко­торой наг­рев осу­щест­вля­ет­ся сва­роч­ной ду­гой и ко­торая вы­пол­ня­ет­ся рас­хо­ду­емым (пла­вящим­ся) элек­тро­дом.

Схе­ма руч­ной ду­говой свар­ки ме­тал­ли­чес­ким пок­ры­тым элек­тро­дом по­каза­на на рис. 2.1. Воз­бужде­ние ду­ги про­ис­хо­дит при крат­ковре­мен­ном за­мыка­нии элек­три­чес­кой сва­роч­ной це­пи ка­сани­ем сва­рива­емо­го ме­тал­ла кон­цом элек­тро­да. В про­цес­се свар­ки по ме­ре плав­ле­ния элек­тро­да его под­во­дят к из­де­лию, од­новре­мен­но пе­реме­щая вдоль со­еди­нения и по­перек сты­ка для по­луче­ния не­об­хо­димой фор­мы и се­чения шва.

Рис. 2.1.Схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами: 1

— шлаковая корка;
2
— сварной шов;
3
— жидкая шлаковая пленка;
4
— газовая защита;
5
— капля электродного металла;
6
— электрод;
7
— электродное покрытие;
8
— сварочная дуга;
9
— сварочная ванна;
10
— основной металл свариваемой детали

При свар­ке пок­ры­тым элек­тро­дом про­ис­хо­дит плав­ле­ние стер­жня и пок­ры­тия. Рас­плав­ля­юще­еся пок­ры­тие об­ра­зу­ет шлак и га­зы. Шла­ковый слой пре­дох­ра­ня­ет ме­талл от вза­имо­действия с кис­ло­родом и азо­том воз­ду­ха. Га­зы от­тесня­ют воз­дух из зо­ны плав­ле­ния (зо­ны ду­ги) и обес­пе­чива­ют до­пол­ни­тельную за­щиту от кон­такта с ним.

Ос­новные дос­то­инс­тва дан­но­го спо­соба свар­ки — уни­вер­сальность и прос­то­та обо­рудо­вания, а его не­дос­та­ток — не­высо­кая про­из­во­дительность, ко­торая обус­ловле­на ма­лыми до­пус­ти­мыми зна­чени­ями плот­ности то­ка и тем, что фор­ми­рова­ние шва про­ис­хо­дит в ос­новном за счет элек­трод­но­го ме­тал­ла.

На­ибо­лее ши­рокое при­мене­ние на­ходит руч­ная свар­ка элек­три­чес­кой ду­гой пря­мого действия. Луч­шие ре­зульта­ты дос­ти­га­ют­ся при свар­ке ко­рот­кой ду­гой, дли­на ко­торой обыч­но не пре­выша­ет 0,5…1,1 ди­амет­ра элек­тро­да, си­ле то­ка 90…350 А и нап­ря­жении ду­ги 18…30 В. При большой дли­не ду­ги уси­лива­ют­ся окис­ле­ние элек­трод­но­го ме­тал­ла и раз­брыз­ги­вание, уменьша­ет­ся глу­бина про­вара.

2.2Покрытые электроды для дуговой сварки

Элек­трод для руч­ной ду­говой свар­ки (рис. 2.2) пред­став­ля­ет со­бой стер­жень 1

дли­ной до 450 мм, из­го­тов­ленный из сва­роч­ной про­воло­ки, на по­вер­хность ко­торо­го на­несен слой пок­ры­тия
2
. Ле­вый ко­нец элек­тро­да на учас­тке дли­ной 20…30 мм ос­во­бож­ден от пок­ры­тия для за­жатия его в элек­тро­додер­жа­теле для по­луче­ния элек­три­чес­ко­го кон­такта. То­рец дру­гого кон­ца очи­щен от пок­ры­тия для обес­пе­чения воз­можнос­ти воз­бужде­ния ду­ги пос­редс­твом ка­сания из­де­лия элек­тро­дом в на­чале про­цес­са свар­ки.

Рис. 2.2.Схема покрытого электрода для ручной дуговой сварки: 1

— стержень из электродной проволоки;
2
— покрытие;
d
— диаметр электродной проволоки, мм;
D
— диаметр покрытого электрода, мм

Сог­ласно ГОСТ 9466—75 «Элек­тро­ды пок­ры­тые ме­тал­ли­чес­кие для руч­ной ду­говой свар­ки ста­лей и нап­лавки. Клас­си­фика­ция и об­щие тех­ни­чес­кие ус­ло­вия» в со­от­ветс­твии с от­но­шени­ем D

/
d
раз­ли­ча­ют элек­тро­ды с тон­ким пок­ры­ти­ем (
D
/
d
< 1,2) — с мар­ки­ров­кой М, сред­ним пок­ры­ти­ем (1,2 <
D
/
d
< 1,45) — С, тол­стым (1,45 <
D
/
d
< 1,8) — Д и осо­бо тол­стым пок­ры­ти­ем (
D
/
d
> 1,8) — Г.

Пок­ры­тие элек­тро­да пред­став­ля­ет со­бой смесь ве­ществ, на­несен­ную на не­го для уси­ления и­они­зации, за­щиты от неб­ла­гоп­ри­ят­но­го воз­действия сре­ды и ме­тал­лурги­чес­кой об­ра­бот­ки ме­тал­ла сва­роч­ной ван­ны. В пок­ры­тие элек­тро­да вво­дят и­они­зиру­ющие, га­зо- и шла­ко­об­ра­зу­ющие, ле­гиру­ющие, рас­кисля­ющие, свя­зу­ющие и фор­мо­воч­ные ком­по­нен­ты.

И­они­зиру­ющие, или ста­били­зиру­ющие, ком­по­нен­ты обес­пе­чива­ют ус­тойчи­вое го­рение ду­ги. Они со­дер­жат эле­мен­ты с низ­ким по­тен­ци­алом и­они­зации, та­кие как ка­лий и кальций, ко­торые вхо­дят в сос­тав ме­ла, по­лево­го шпа­та и гра­нита, а так­же нат­рий и др.

Га­зо­об­ра­зу­ющие ком­по­нен­ты при­меня­ют для соз­да­ния га­зовой за­щиты зо­ны ду­ги и сва­роч­ной ван­ны. К ним от­но­сят­ся как ор­га­ничес­кие ве­щес­тва (крах­мал, пи­щевая му­ка, декс­трин и др.), так и не­ор­га­ничес­кие (обыч­но кар­бо­наты: мра­мор Са­СО3, маг­не­зит MgCO3 и др.). Га­зовая за­щита об­ра­зу­ет­ся в ре­зульта­те дис­со­ци­ации ор­га­ничес­ких ве­ществ при тем­пе­рату­ре вы­ше 200°С и кар­бо­натов при тем­пе­рату­ре око­ло 900°С.

Шла­ко­об­ра­зу­ющие ком­по­нен­ты вво­дят для по­луче­ния жид­ких шла­ков. В ка­чес­тве шла­ко­об­ра­зу­ющих ком­по­нен­тов ис­пользу­ют сле­ду­ющие ру­ды и ми­нера­лы: ильме­нит, ру­тил, по­левой шпат, крем­не­зем, гра­нит, мра­мор, пла­вико­вый шпат.

Ле­гиру­ющие ком­по­нен­ты пред­назна­чены для улуч­ше­ния ме­хани­чес­ких ха­рак­те­рис­тик ме­тал­ла шва, при­дания ему жа­ро- и из­но­сос­тойкос­ти, кор­ро­зи­он­ной стойкос­ти и дру­гих свойств. Ле­гиру­ющи­ми эле­мен­та­ми слу­жат хром, мар­га­нец, ти­тан, ва­надий, мо­либ­ден, ни­кель, вольфрам и др. Ле­гиру­ющие эле­мен­ты вво­дят в пок­ры­тие в ви­де фер­рос­пла­вов и чис­тых ме­тал­лов.

Рас­кисля­ющие ком­по­нен­ты ис­пользу­ют для вос­ста­нов­ле­ния (рас­кисле­ния) час­ти рас­плав­ленно­го ме­тал­ла, на­ходя­щего­ся в ви­де ок­си­дов. К ним от­но­сят­ся эле­мен­ты, име­ющие большее, чем же­лезо (при свар­ке ста­лей), сродс­тво к кис­ло­роду и дру­гим эле­мен­там, ок­си­ды ко­торых тре­бу­ет­ся уда­лить из ме­тал­ла шва. Большинс­тво рас­кисли­телей вво­дят в элек­трод­ное пок­ры­тие в ви­де фер­рос­пла­вов.

Свя­зу­ющие ком­по­нен­ты при­меня­ют для свя­зыва­ния по­рош­ко­вых сос­тавля­ющих пок­ры­тия в од­но­род­ную вяз­кую мас­су, ко­торая бу­дет креп­ко удер­жи­ваться на стер­жне элек­тро­да при прес­совке и об­ра­зовы­вать проч­ное пок­ры­тие пос­ле суш­ки и про­кал­ки. Ча­ще все­го свя­зу­ющи­ми ком­по­нен­та­ми слу­жат вод­ные рас­тво­ры нат­ри­ево­го (Na2O × SiO2) или ка­ли­ево­го (K2O × SiO2) жид­ко­го стек­ла.

Фор­мо­воч­ные ком­по­нен­ты — ве­щес­тва (бен­то­нит, ка­олин, декс­трин, слю­да и др.), при­да­ющие об­ма­зоч­ной мас­се луч­шие плас­ти­чес­кие свойства.

К пок­ры­тию элек­тро­дов предъяв­ля­ют сле­ду­ющие тре­бова­ния:

§ обес­пе­чение ста­бильно­го го­рения ду­ги;

§ по­луче­ние ме­тал­ла шва с не­об­хо­димым хи­мичес­ким сос­та­вом и свойства­ми;

§ спо­койное, рав­но­мер­ное плав­ле­ние элек­трод­но­го стер­жня и пок­ры­тия;

§ фор­ми­рова­ние вы­соко­качес­твен­но­го шва и от­сутс­твие в нем пор, шла­ковых вклю­чений и дру­гих де­фек­тов;

§ лег­кая от­де­лимость шла­ка от по­вер­хнос­ти шва пос­ле ос­ты­вания;

§ хо­рошие тех­но­логи­чес­кие свойства об­ма­зоч­ной мас­сы, не зат­рудня­ющие про­цес­са из­го­тов­ле­ния элек­тро­дов;

§ удов­летво­рительные са­нитар­но-ги­ги­ени­чес­кие ус­ло­вия тру­да при из­го­тов­ле­нии элек­тро­дов и свар­ке.

Ви­ды элек­трод­ных пок­ры­тий ус­та­нов­ле­ны ГОСТ 9466—75. Раз­ли­ча­ют элек­тро­ды:

§ с кис­лым пок­ры­ти­ем — А;

§ ос­новным пок­ры­ти­ем — Б;

§ цел­лю­лоз­ным пок­ры­ти­ем — Ц;

§ ру­тило­вым пок­ры­ти­ем — Р;

§ пок­ры­ти­ем про­чего ви­да — П.

При на­личии пок­ры­тия сме­шан­но­го ви­да ис­пользу­ют со­от­ветс­тву­ющее двойное обоз­на­чение. Ес­ли в пок­ры­тии со­дер­жится бо­лее 20% же­лез­но­го по­рош­ка, то к обоз­на­чению ви­да пок­ры­тия до­бав­ля­ют бук­ву Ж.

2.3Технологические параметры процесса плавления электродов

Тех­но­логи­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки плав­ле­ния элек­тро­дов оп­ре­деля­ют­ся эк­спе­римен­тально. Они поз­во­ля­ют су­дить о про­из­во­дительнос­ти и эко­номич­ности про­цес­са свар­ки элек­тро­дами той или иной мар­ки.

Ко­эф­фи­ци­ент рас­плав­ле­ния а

р, г/(А × ч), оп­ре­деля­ет­ся по фор­му­ле

а

р =
G
р /(
I
св
Т
о),

где G

p — мас­са, г, ме­тал­ла элек­тро­да, рас­плав­ленно­го за вре­мя
Т
о, ч, го­рения ду­ги;
I
св — си­ла сва­роч­но­го то­ка, А.

Для элек­тро­дов, со­дер­жа­щих в пок­ры­тии до­пол­ни­тельный ме­талл (нап­ри­мер, же­лез­ный по­рошок), мас­са рас­плав­ленно­го ме­тал­ла G

р, г, оп­ре­деля­ет­ся как

G

р =
G
э +
G
д,

где G

э — мас­са рас­плав­ленной час­ти ме­тал­ли­чес­ко­го стер­жня элек­тро­да, г;
G
д — мас­са рас­плав­ленно­го до­пол­ни­тельно­го ме­тал­ла, со­дер­жа­щего­ся в пок­ры­тии элек­тро­да, г.

Вы­раже­ние для ко­эф­фи­ци­ен­та нап­лавки а

н, г/(А × ч), за­писы­ва­ет­ся в ви­де

а

н =
G
н /(
I
св
Т
о),

где G

н — мас­са, г, ме­тал­ла, по­лучен­но­го за счет ме­тал­ли­чес­ко­го стер­жня элек­тро­да и до­пол­ни­тельно­го ме­тал­ла (ес­ли он со­дер­жался в пок­ры­тии элек­тро­да) и нап­лавлен­но­го за вре­мя
Т
о, ч, при си­ле сва­роч­но­го то­ка
I
св, А.

Ко­эф­фи­ци­ент по­терь Y, %, рас­счи­тыва­емый по фор­му­ле

Y = [(G

р —
G
н)/
G
р] × 100,

ха­рак­те­ризу­ет по­тери ме­тал­ла элек­тро­да на ис­па­рение, раз­брыз­ги­вание и окис­ле­ние.

Вы­раже­ние для ко­эф­фи­ци­ен­та мас­сы пок­ры­тия К

п, %, име­ет вид

К

п = (
G
п /
G
м) × 100,

где G

п — мас­са пок­ры­тия на элек­тро­де, г;
G
м — мас­са ме­тал­ла час­ти стер­жня, име­ющей пок­ры­тие, г.

Зна­чения рас­смот­ренных ко­эф­фи­ци­ен­тов за­висят от мар­ки элек­тро­да (сос­та­ва ме­тал­ли­чес­ко­го стер­жня и пок­ры­тия), ро­да и по­ляр­ности то­ка и т.д. У на­ибо­лее рас­простра­нен­ных элек­тро­дов, пред­назна­чен­ных для свар­ки низ­ко­уг­ле­родис­тых ста­лей и не со­дер­жа­щих в пок­ры­тии до­пол­ни­тельный ме­талл, а

р = 7…13 г/(А × ч),
а
н = 6…12,5 г/(А × ч) и Y = 5…15%.

Рас­смот­ренные ха­рак­те­рис­ти­ки элек­тро­дов ис­пользу­ют для нор­ми­рова­ния сва­роч­ных ра­бот и рас­хо­да элек­тро­дов. Нап­ри­мер, ес­ли из­вес­тны пло­щадь нап­лавлен­но­го ме­тал­ла шва F

н, см2, и дли­на шва
l
ш, см, то мас­са это­го ме­тал­ла
G
н, г, оп­ре­деля­ет­ся по фор­му­ле

G

н =
F
н
l
шr,

где r — плот­ность ме­тал­ла, г/см3 (для большинс­тва ста­лей r = 7,8 г/см3).

По пас­порту выб­ранной мар­ки элек­тро­да в со­от­ветс­твии с его ди­амет­ром и прос­тран­ст­вен­ным по­ложе­ни­ем свар­ки оп­ре­деля­ют I

св и ко­эф­фи­ци­ен­ты
а
р,
а
н, Y и
К
п. Ос­новное вре­мя свар­ки
Т
о оп­ре­деля­ют по фор­му­ле

Т

о =
G
н /(
a
н
I
св).

Мас­су элек­тро­дов, не­об­хо­димую для свар­ки дан­но­го шва, мож­но оп­ре­делить по фор­му­ле

G

э =
K
p
G
н,

где К

р — ко­эф­фи­ци­ент рас­хо­да элек­тро­дов на 1 кг нап­лавлен­но­го ме­тал­ла шва, обыч­но
К
р = 1,4…1,9, зна­чение это­го ко­эф­фи­ци­ен­та при­водят в пас­порте кон­крет­ной мар­ки элек­тро­дов.

2.4Выбор режимов при сварке покрытыми электродами

Ре­жим свар­ки — со­вокуп­ность кон­тро­лиру­емых па­рамет­ров, при ко­торых обес­пе­чива­ет­ся ус­тойчи­вое го­рение ду­ги и по­луче­ние швов за­дан­ных раз­ме­ров, фор­мы и свойств.

Па­рамет­ры ре­жима под­разде­ля­ют на ос­новные и до­пол­ни­тельные. К ос­новным па­рамет­рам от­но­сят ди­аметр элек­тро­да, си­лу сва­роч­но­го то­ка, его род и по­ляр­ность, на­пря­же­ние ду­ги; к до­пол­ни­тельным — сос­тав и тол­щи­ну пок­ры­тий, по­ложе­ние шва в про­стран­стве, чис­ло про­ходов.

Ди­аметр элек­тро­дов вы­бира­ют в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны ме­тал­ла, ка­тета шва, по­ложе­ния шва в прос­транс­тве. При­мер­ное со­от­но­шение меж­ду тол­щи­ной ме­тал­ла S

и ди­амет­ром элек­тро­да
d
при свар­ке шва в ниж­нем по­ложе­нии при­веде­но ни­же:

Вер­ти­кальные, го­ризон­тальные и по­толоч­ные швы не­зави­симо от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла вы­пол­ня­ют элек­тро­дами не­большо­го ди­амет­ра (до 4 мм), так как при этом меньше сте­кание жид­ко­го ме­тал­ла и шла­ка из сва­роч­ной ван­ны.

Си­лу сва­роч­но­го то­ка обыч­но ус­та­нав­ли­ва­ют в за­виси­мос­ти от выб­ранно­го ди­амет­ра элек­тро­да. При свар­ке швов в ниж­нем по­ложе­нии си­лу то­ка под­счи­тыва­ют, пользу­ясь эм­пи­ричес­ки­ми фор­му­лами

I

св =
Кd
,

где К

— ко­эф­фи­ци­ент, за­вися­щий от ди­амет­ра элек­тро­да, А/мм;
d
— ди­аметр элек­тро­да, мм.

Зна­чение К

с уче­том
d
из­ме­ня­ет­ся в сле­ду­ющих пре­делах:

При свар­ке на вер­ти­кальной плос­кости си­лу то­ка уменьша­ют на 10…15%, а в по­толоч­ном по­ложе­нии — на 15…20% по срав­не­нию со зна­чени­ем, выб­ранным для ниж­не­го по­ложе­ния. Род то­ка и по­ляр­ность ус­та­нав­ли­ва­ют в за­виси­мос­ти от ви­да сва­рива­емо­го ме­тал­ла и его тол­щи­ны. При свар­ке пос­то­ян­ным то­ком об­ратной по­ляр­ности на элек­тро­де вы­деля­ет­ся больше теп­ло­ты. Ре­жимы руч­ной свар­ки сты­ковых со­еди­нений лис­то­вой ста­ли при­веде­ны в табл. 2.1.

Нап­ря­жение ду­ги при руч­ной ду­говой свар­ке из­ме­ня­ет­ся на 20…36 В и при рас­че­тах ре­жима не рег­ла­мен­ти­ру­ет­ся. Руч­ную свар­ку мож­но про­водить во всех прос­транс­твен­ных по­ложе­ни­ях шва, од­на­ко пред­почти­тельнее свар­ка в ниж­нем по­ложе­нии.

Тех­но­логия руч­ной ду­говой свар­ки пре­дус­матри­ва­ет вы­пол­не­ние сле­ду­ющих опе­раций: воз­бужде­ние ду­ги, пе­реме­щение элек­тро­да в про­цес­се свар­ки, на­ложе­ние швов в по­ряд­ке, за­вися­щем от осо­бен­ностей свар­ных со­еди­нений.

В про­цес­се свар­ки не­об­хо­димо под­держи­вать пос­то­ян­ную дли­ну ду­ги. Дли­на ду­ги су­щес­твен­но вли­яет на ка­чес­тво свар­но­го шва и его ге­омет­ри­чес­кую фор­му. Длин­ная ду­га спо­собс­тву­ет бо­лее ин­тенсив­но­му окис­ле­нию и азо­тиро­ванию рас­плав­ля­емо­го ме­тал­ла, уве­личи­ва­ет раз­брыз­ги­вание, а при свар­ке пок­ры­тыми элек­тро­дами ос­новно­го ти­па при­водит к по­рис­тости ме­тал­ла.

Для об­ра­зова­ния свар­но­го шва элек­тро­ду при­да­ет­ся слож­ное дви­жение в трех нап­равле­ни­ях. Пер­вое — это пос­ту­пательное дви­жение элек­тро­да в нап­равле­нии его оси со ско­ростью его плав­ле­ния, что обес­пе­чива­ет под­держа­ние оп­ре­делен­ной дли­ны ду­ги. Вто­рое дви­жение элек­тро­да нап­равле­но вдоль оси шва и вы­пол­ня­ет­ся со ско­ростью свар­ки. В ре­зульта­те этих двух дви­жений об­ра­зу­ет­ся уз­кий, ши­риной не бо­лее 1,5 ди­амет­ра элек­тро­да, так на­зыва­емый ни­точ­ный шов. Та­кими шва­ми сва­рива­ют тон­кий ме­талл, а так­же ко­рень шва при мно­гос­лойной (мно­гоп­ро­ход­ной) свар­ке. Третье дви­жение — это ко­леба­ние кон­ца элек­тро­да по­перек оси шва, ко­торое не­об­хо­димо для об­ра­зова­ния ва­лика оп­ре­делен­ной ши­рины, хо­роше­го про­вара кро­мок и за­мед­ле­ния ос­ты­вания сва­роч­ной ван­ны.

При свар­ке встык без ско­са кро­мок шов дол­жен иметь не­большое уши­рение с од­ной сто­роны или двух сто­рон сты­ка. Сты­ковые со­еди­нения со ско­сом од­ной или двух кро­мок сва­рива­ют од­но- или мно­гос­лойны­ми шва­ми. При свар­ке од­нослойным швом ду­гу воз­бужда­ют на краю ско­са кром­ки, а за­тем, пе­ремес­тив ее вниз, про­вари­ва­ют ко­рень шва. На ско­сах кро­мок дви­жение элек­тро­да за­мед­ля­ют, что­бы луч­ше их про­варить. При пе­рехо­де ду­ги с од­ной кром­ки на дру­гую ско­рость дви­жения элек­тро­да уве­личи­ва­ют во из­бе­жание про­жога в за­зоре меж­ду кром­ка­ми.

Свар­ку мно­гос­лойных швов на­чина­ют, тща­тельно про­вари­вая ко­рень шва элек­тро­дом ди­амет­ром не бо­лее 4 мм, а пос­ле­ду­ющие швы нап­лавля­ют уши­рен­ны­ми ва­лика­ми, ис­пользуя элек­тро­ды большо­го ди­амет­ра. Чис­ло сло­ев при свар­ке сты­ковых швов вы­бира­ет­ся по со­от­но­шению:

Свар­ку со­еди­нений от­ветс­твен­ных конс­трук­ций большой тол­щи­ны (свы­ше 25 мм), ког­да по­яв­ля­ют­ся объем­ные нап­ря­жения и воз­раста­ет опас­ность об­ра­зова­ния тре­щин, вы­пол­ня­ют с при­мене­ни­ем спе­ци­альных при­емов за­пол­не­ния швов бло­ками или кас­ка­дом.

При свар­ке кас­ка­дом сна­чала в раз­делку кро­мок нап­лавля­ют пер­вый слой не­большой дли­ны — 200…300 мм, за­тем вто­рой слой, пе­рек­ры­ва­ющий пер­вый и име­ющий при­мер­но в 2 ра­за большую дли­ну. Тре­тий слой пе­рек­ры­ва­ет вто­рой и длин­нее его на 200…300 мм. Так нап­лавля­ют слои до тех пор, по­ка на не­большом учас­тке над пер­вым сло­ем раз­делка не бу­дет за­пол­не­на. За­тем от это­го учас­тка свар­ку ве­дут в раз­ные сто­роны ко­рот­ки­ми шва­ми тем же спо­собом. Та­ким об­ра­зом, зо­на свар­ки все вре­мя на­ходит­ся в го­рячем со­сто­янии, что пре­дуп­режда­ет по­яв­ле­ние тре­щин.

При блоч­ном ме­тоде ис­пользу­ют об­ратнос­ту­пен­ча­тую свар­ку, при ко­торой мно­го­слой­ный шов вы­пол­ня­ют от­дельны­ми учас­тка­ми с пол­ным за­пол­не­ни­ем каж­до­го из них.

При мно­гос­лойной свар­ке для луч­ше­го про­вара кор­ня шва пер­вый слой вы­пол­ня­ют уз­ким, или ни­точ­ным, швом элек­тро­дом ди­амет­ром 3…4 мм без ко­леба­тельных дви­жений. При нап­лавке швов с ка­тета­ми бо­лее 8 мм свар­ку ве­дут в два и бо­лее слоя.

Ни­же при­веде­но чис­ло сло­ев при свар­ке уг­ло­вых швов в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла:

При свар­ке лис­тов тол­щи­ной 0,5…3,0 мм воз­можно сквоз­ное проп­лавле­ние ме­тал­ла элек­три­чес­кой ду­гой (про­жог) с об­ра­зова­ни­ем от­вер­стий, пло­хо под­да­ющих­ся пос­ле­ду­ющей за­вар­ке. Вмес­те с тем из-за труд­ности ре­гули­рова­ния наг­ре­ва кро­мок по­мимо про­жогов в та­ких швах об­ра­зу­ют­ся неп­ро­вары, сви­щи и пр. Для обес­пе­чения не­об­хо­димо­го ка­чес­тва свар­ки тон­ко­лис­то­вого ме­тал­ла при­меня­ют от­бортов­ку кро­мок, ис­пользу­ют вре­мен­ные теп­ло­от­во­дящие под­клад­ки, ос­та­ющи­еся под­клад­ки или рас­плав­ля­емые эле­мен­ты, элек­тро­ды со спе­ци­альным пок­ры­ти­ем и спе­ци­альное сва­роч­ное обо­рудо­вание.

Для под­бо­ра ди­амет­ра элек­тро­да и си­лы то­ка при свар­ке тон­ко­лис­то­вой ста­ли мож­но пользо­ваться дан­ны­ми табл. 2.2.

По про­тяжен­ности швы под­разде­ля­ют на ко­рот­кие (300…350 мм), сред­ние (350…1000 мм) и длин­ные (свы­ше 1000 мм). Ко­рот­кие швы сва­рива­ют от од­но­го кон­ца шва к дру­гому (на про­ход); швы сред­ней дли­ны — от се­реди­ны со­еди­нения к кон­цам; длин­ные швы — об­ратнос­ту­пен­ча­тым спо­собом, при ко­тором свар­ной шов вы­пол­ня­ют сле­ду­ющи­ми один за дру­гим учас­тка­ми в нап­равле­нии, об­ратном при­раще­нию шва (рис. 2.3). Дли­на сту­пени (учас­тка) 100…350 мм, при свар­ке тон­ко­го ме­тал­ла сту­пени бо­лее ко­рот­кие, при свар­ке тол­сто­го ме­тал­ла — бо­лее длин­ные.

Рис. 2.3.Способы выполнения швов: а

— сварка «на проход»;
б
— сварка от середины к концам;
в—д
— выполнение протяженных швов обратноступенчатым способом сварки;
1
—
10
,
1а
—
4а
— последовательность движений электрода в порядке и направлении ведения сварки (показано стрелками); А — общее направление сварки; I, II — слои шва

С уве­личе­ни­ем тол­щи­ны ме­тал­ла (свы­ше 15…20 мм) в свар­ных со­еди­нени­ях воз­раста­ют объем­ные сва­роч­ные нап­ря­жения, ко­торые соз­да­ют опас­ность воз­никно­вения и раз­ви­тия в швах тре­щин. Во из­бе­жание та­ких яв­ле­ний свар­ку тол­сто­лис­то­вой ста­ли ве­дут раз­личны­ми спо­соба­ми (рис. 2.4).

Рис. 2.4.Сварка металлических частей большой толщины: а

— двойным слоем;
б
— блоками;
в
— каскадом; I—III — участки сварного шва;
1
—
8
— последовательность выполнения сварки разными методами

Ме­талл тол­щи­ной 15…20 мм сва­рива­ют спо­собом двойно­го слоя. На учас­тке I (рис. 2.4, а

) дли­ной 250…300 мм нап­лавля­ют пер­вый слой шва, не­мед­ленно счи­ща­ют с не­го шлак и по го­ряче­му ме­тал­лу пер­во­го слоя (с тем­пе­рату­рой не ни­же 150…200°С) нак­ла­дыва­ют вто­рой слой. В та­кой же пос­ле­дова­тельнос­ти сва­рива­ют шов на учас­тках II, III и пос­ле­ду­ющих.

Ме­талл тол­щи­ной 20…25 мм и бо­лее сва­рива­ют бло­ками или кас­ка­дом (сек­ци­ями). При свар­ке бло­ками (рис. 2.4, б

) мно­гос­лойный шов вы­пол­ня­ют от­дельны­ми учас­тка­ми, а про­межут­ки меж­ду ни­ми за­пол­ня­ют до то­го, как бу­дет за­вер­ше­на свар­ка все­го шва. При
свар­ке кас­ка­дом (рис. 2.4, в
) каж­дый пос­ле­ду­ющий учас­ток мно­гос­лойно­го шва пе­рек­ры­ва­ет весь или часть пре­дыду­щего учас­тка.

При U-об­разной под­го­тов­ке кро­мок дли­на сек­ции кас­кадной свар­ки сос­тавля­ет 300…400 мм, при Х-об­разной под­го­тов­ке — 500…800 мм. При этом каж­дый слой сек­ции де­лят на сту­пени дли­ной 150…200 мм и вы­пол­ня­ют свар­ку об­ратнос­ту­пен­ча­тым спо­собом. При уве­личе­нии тол­щи­ны ме­тал­ла дли­ну сек­ций уменьша­ют. Ме­талл тол­щи­ной 30 мм и бо­лее сва­рива­ют од­новре­мен­но два свар­щи­ка, на­ходя­щи­еся с про­тиво­полож­ных сто­рон со­еди­нения.

Выполнение сварных швов

Длина швов предусматривает следующую классификацию:

• длинные (свыше 1 м);
• средние (0,35-1 м);
• короткие (0,25-0,3 м).

Размер сечения определяет разделение швов на однопроходные или однослойные, а также многопроходные или многослойные.

Достоинство однопроходной сварки – экономичность и производительность. Недостаток – недостаточная пластичность металла шва по причине его грубой столбчатой структуры и слишком большая зона перегрева.

При многослойной сварке каждый нижерасположенный валик проходит предварительную термообработку перед наложением следующего валика – это создает измельченную структуру материала шва и соединения.

Многослойная сварка предполагает три варианта расположения слоев:

• последовательное наложение слоев по длине шва;
• «каскадный» способ;
• наложение «горкой».

Два последних способа находят применение во время сварки металлических изделий толщиной более 25 мм. Выполнение многослойных швов должно сопровождаться повышенным вниманием к созданию первого слоя, создаваемого в корне шва. От провара последнего зависит дальнейшая прочность всего шва.

Технология

Чтобы обеспечить прочное слитие концов деталей, которое не будет иметь бугорков и неровностей, нужно придерживаться определённой технологии.

В технике электродуговой сварки покрытыми электродами выделяют два типа работы, что позволяют поджечь луч:

• точечный вид: удары напоминают точки, которые мастер делает проводником по деталям;
• чирканье: действия похожи на чирканье зажигалкой.

Разные виды металлов характеризуются различными особенностями: положительными и отрицательными. Например, какие-то из них поджигать намного труднее, чем другие и наоборот.

В основном, характеристики проводника будут зависеть от его же покрытия, а также вида поджога.

Работать с новым аппаратом легче. Чтобы сделать дугу можно лишь дотронуться ним до металла, а потом поднять на высоту примерно 2-3 миллиметра.

Промахи новичков

Итак, мы уже знаем, как работать электродуговой сваркой с покрытыми электродами правильно. Среди ошибок есть шесть типов:

• размер, форма неправильные;
• оставлены лакуны, полости;
• образовались деформации;
• некоторые части непроваренные;
• слишком твёрдые вкрапления;
• другие недостатки.

Мы предлагаем изучить самые распространенные промахи, которые делают новички при электродуговой сварке покрытыми электродами. Их хорошо знать, чтобы не повторять самому.

1. Длина дуги. Она или слишком короткая, или слишком длинная. Если длина маленькая – шов сваривается жестким, неровным, а шлаков очень много. Если наоборот – металл разбрызгивается очень интенсивно, а из-за этого дорожка тоже кривая. Также великое расстояние между дугой и электродом создает дугу нестабильную, поэтому «дыр» получается очень много.
2. Скорость. Если паять со слишком высокой или слишком низкой скоростью, работа получится плохая. К примеру, слишком быстрое управление аппаратом приводит к тому, что дорожка образуется искривленная, с высоким наплывом шлаков. Валик получается тонкий, поэтому изделие сварено непрочно. При слишком медленном темпе работы, шов выходит толстый, громоздкий.
3. Настройки. Нужно правильно выставить ампераж на аппарате. Он проектируется соответственно типам деталей, с которыми мастер работает. При заниженной интенсивности валик будет затонким, а, значит, сплавление непрочное. Валик, который создается при высоком напряжении, получается плоским и переполненным шлаком.
4. Подготовка. Недостаточная подготовка поверхностей – очень распространённая ошибка. Это делает дорожку хилой, с неровностями, прорехами. Очень важно тщательно очистить поверхности, аппарат от загрязнений, остатков лака, пороха, масла и т.п. В противном случае мастер получит хлюпкий шов с кучей несобранных остатков.
5. Наклон. Чтобы сплав получился крепким, важно сохранять правильный градус наклона проводника при сварке. Если наклон чрезмеру горизонтален, лента будет кривая, чешуйчатая. Если наклон перпендикулярный, то чешуйки соединяются в огромный валик, который остается «хранилищем» шлака.