Ручная дуговая сварка (она же сварка MMA, РД, РДС) с угольным электродом была придумана еще в конце 19-го века российским изобретателем Николаем Бернардосом. Тогда же изобретатель запатентовал свою технологию во многих странах Европы. Позднее он же придумал контактную сварку и дуговую сварку в среде защитного газа.
С тех пор прошло немало времени, и технология ручной дуговой сварки прошла множество модификаций. Так, например, среди домашних умельцев получила распространение не классическая дуговая сварка угольным электродом, а сварка с применением плавящихся стержней. Также сварочные аппараты получили множество новых функций, а в производстве стали применяться металлы с особыми свойствами.
Поэтому технология дуговой сварки стала несколько сложнее. В этой статье мы вам подробно расскажем, что такое ручная дуговая сварка, какие достоинства и недостатки есть данного метода соединения металлов и как выполняется РД сварка металлоконструкций.
Общая информация
Ручная дуговая сварка MMA (MMA — общепринятое международное название) — это процесс формирования сварочного соединения с помощью электрической дуги. Дуга зажигается между электродом и поверхностью металла, горит стабильно и формирует ровный шов. Электроды для РДС изготавливаются из металлической проволоки и имеют специальное покрытие, защищающее сварочную зону от негативного влияния кислорода. В работе используются электроды, длиной до 45 сантиметров.
Дуга при ручной сварке зажигается либо методом постукивания (сварщик постукивает концом электрода о поверхность металла, не применяя силу), либо методом чирканья (по аналогии со спичечным коробком). Дуга плавит металл и одновременно с деталью плавится электрод. При плавлении электрода металл наплавляется и формируется шов. Допустимо незначительное разбрызгивание металла.
Ручная дуговая сварка MMA с помощью покрытых электродов — один из простейших видов сварки. Отсюда и множество нюансов в работе. При таком методе сварки рабочее время расходуется нерационально, много сил уходит на формирование шва, снижается производительность труда. Поэтому такая технология больше востребована у домашних умельцев, нежели на крупном заводе.
Зато с помощью РДС вам под силу наплавка валов, сварка многих типов металлов и относительно быстрый ремонт изделий из металла в домашних условиях. Также при наличии опыта и квалификации можно выполнить разные типы швов, в том числе трудоемкие, вроде потолочных.
Основные преимущества и недостатки дуговой сварки
Процесс сварки происходит следующим образом: создается электрическая дуга, которую необходимо располагать между свариваемым изделием и электродом. Высокой температуры, которая создается дугой, достаточно для того, чтобы кромка металлического изделия и стержень электрода начали плавиться.
Металл изделия и электрода переходит в жидкую фазу и смешивается. Этот процесс получил название сварочной ванны. Ее размеры обычно составляют 8–15 мм в ширину, 10–30 мм – в длину и около 6 мм в глубину. Обмазка электрода имеет такой химический состав, при расплавлении которого над сварочной ванной образуется газовая область, не допускающая взаимодействия металла с кислородом. После того как воздействие сварочной дуги прекращается, металл переходит из жидкой фазы в твердую, образуя прочный шов между соединяемыми деталями. Слой шлака, который образуется поверх шва, подлежит удалению.
Преимущества дуговой сварки:
- не требует сложного обучения;
- высокая производительность процесса;
- невысокая стоимость расходных материалов (электродов для сварки);
- простота процесса легко позволяет произвести его автоматизацию и механизацию;
- маленькая область нагрева поверхности.
Недостатки электродуговой сварки:
- привязка к электросети;
- невозможность работы без преобразователей тока (выпрямителей, инверторов) и трансформаторов;
- наличие предварительного этапа подготовки свариваемых поверхностей.
Достоинства и недостатки
Ручная дуговая сварка плавящимся электродом не зря является самым популярным методом соединения металлов. С ее помощью можно выполнить несложный ремонт, сформировать короткие прочные швы, провести быстрое техническое обслуживание какого-нибудь оборудования. Но это еще не все плюсы.
По сравнению с другими технологиями сварочные аппараты для РДС сварки стоят недорого, они компакты и просты в использовании. Также для работы не требуется дополнительная защита сварочной зоны с помощью газа или флюса, поскольку с этой задачей справляется электрод. Еще один плюс — возможность работать практически в любых условиях: и на улице, и в цеху, и на ветру, и под палящим солнцем. А это важно, если нужно произвести быстрый ремонт в «полевых» условиях.
Не стоит забывать, что РДС подходит для сварки самых разных металлов: от углеродистых и легированных сталей до чугуна, алюминия и меди. При этом толщина деталей может достигать нескольких сантиметров и мощный сварочный аппарат справится с этой задачей. Также можно произвести сварку в любом пространственном положении, если это потребуется.
Теперь о недостатках. РД по металлу требует частых перерывов в работе. Они необходимы, чтобы заменить расплавленный электрод на новый. А его расход может быть очень большим при отсутствии опыта или при сварке толстых металлов. Если электрод достиг длины в 5 сантиметров и менее, то его тут же следует заменить.
Ручная сварка с применением электрода подразумевает образование шлака вокруг сварочной зоны и шва. С одной стороны, это хорошо, поскольку шлак дополнительно защищает сварочную ванну от кислорода. Но после работы шлак нужно удалить с поверхности металла. Этот процесс может быть трудоемким и отнимает немало времени.
Из-за этих двух недостатков ручная дуговая сварка считается одной из самых медленных. Она приводит к перерасходу времени и не идет ни в какое сравнение с конкурентами, вроде MIG сварки. Вы должны взять во внимание этот недостаток.
Из-за того, что в работе нельзя использовать электроды до конца, а принято часто заменять их на новые, происходит перерасход комплектующих. Выходит, что в работе используется не более 70% электрода, остальное считается огарком. Этот факт увеличивает себестоимость работ.
Несмотря на относительную универсальность, с помощью РДС не получится сварить олово или цинк. И вообще все металлы с низкой температурой плавления. Это происходит из-за того, что коэффициент тепловложения слишком велик при сварке электрической дугой. Также ручная дуговая сварка плавящимся электродом не подойдет для соединения деталей из титана, тантала и любых других металлов, обладающих активными химическими свойствами. Электрод не сможет в должной мере защитить шов от окисления.
Ну и последний минус, который нужно упомянуть. В ручной дуговой сварке ток проходит по всей длине электрода, и если значение тока будет слишком велико, то стержень может перегреться и защитное покрытие разрушится. Из-за этого вы просто не сможете установить высокие значения тока, чтобы хоть как-то ускорить работу. Это еще одна причина, почему скорость работы при ручной сварке металлоконструкций может быть ниже, чем при использовании других методов сварки.
Подготовка поверхности металла под сварку и требования к сборке металлических деталей перед сваркой
Подготовка деталей под сварку заключается в правке, разметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.
Правку металла выполняют на станках. Листовой и полосовый металл правят на различных листоправильных вальцах. Угловую сталь правят на роликовых машинах. Двутавры и швеллеры правят на правильно-гибочных прессах кулачкового типа.
Разметка — это такая операция, которая определяет конфигурацию будущей детали. Применение разметочно-маркировочных машин с пневмокернером обеспечивает скорость разметки до ±1 мм и допускает использование программного управления. Использование газорезательных машин с масштабной фотокопировальной системой управления или программным управлением позволяет обходиться без разметки.
Механическую резку применяют для прямолинейного реза листов, иногда и для криволинейного реза листов при использовании для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезаются кислородной и плазменно-дуговой резкой. По механизации эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться кислородно-флюсовая или пламенно-дуговая резка.
Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от толщины листов. Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, окалины, влаги и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что ведет к снижению прочности и плотности сварного соединения.
Требования к сборке металлических деталей перед сваркой. Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей, рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также местам прихваток и сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме этого, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать оптимальный порядок сборки и сварки:
— наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов;
— свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления;
— безопасность сборочно-сварочных работ.
Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены. Проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.
Сборку сварных конструкций, как правило, осуществляют либо по разметке, либо при помощи шаблонов, упоров, фиксаторов, прижимных механизмов, стендов или специальных приспособлений- кондукторов, облегчающих сборочные операции. Точность сборки контролируют шаблонами, щупами (рисунок 36), а также измерительными приборами.
Рисунок 36 — Контроль сборки под сварку
Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:
— притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;
— кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25 — 30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;
— во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50 — 80 мм;
— для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать выводные планки.
Особенности сварки
Понимая принцип ручной дуговой сварки плавящимся электродом можно приступить к самому сварочному процессу. Для начала разберемся, в каких случаях такая сварка целесообразна. РД по металлу целесообразна том случае, если толщина детали начинается от 2 миллиметров и не превышает 50 миллиметров. Также целесообразна сварка легированных, углеродистых и нержавеющих сталей. РДС отлично подойдет для мелкосерийного производства или для сварки штучных изделий. Если металлы толще и деталей много, то рекомендуем заменить ММА сварку на MAG.
Если детали будут слишком тонкими, то они будут плавиться слишком быстро. Это приводит к образованию дефектов, шов просто не успевает сформироваться. Даже если вы установите минимальное значение тока. Используйте другие технологии сварки тонкого металла, не рискуйте.
Выше мы писали, что возможна сварка деталей толщиной до 50 миллиметров. Но мы все же рекомендуем соединять металлы с толщиной максимум 20 миллиметров. Сварка толстых деталей экономически невыгодна при использовании технологии ручной дуговой сварки. Все эти правила не применимы к ситуации, когда нужно сварить короткий шов, чтобы произвести небольшой ремонт. Если участок сварки слишком мал, вы не будете использовать дорогостоящее оборудование, газ, флюсы и прочее. В таких ситуациях ручная дуговая сварка MMA вполне целесообразна при сварке деталей толщиной до 200 миллиметров.
Технология ручной дуговой сварки начинается с основ о пространственном положении. Мы писали, что ручная дуговая сварка плавящимся электродом возможна в любом положении. Это правда, но с оговорками. Дело в том, что не все электроды позволяют выполнить сложные потолочные или вертикальные швы. Они плавятся слишком быстро и стекающий металл не позволяет сформировать шов. Обратите на это внимание перед выполнением ответственной работы.
По этой причине наилучший результат достижим именно в нижнем или горизонтальном пространственном положении. Такую работу сможет выполнить сварщик даже с низкой квалификацией, можно использовать электроды большего диаметра и установить на сварочном аппарате большую силу тока, чтобы ускорить рабочий процесс. Так что если вы можете заменить потолочные швы на нижние — не отказывайтесь от такого решения.
Если вы используете метод ручной дуговой сварки покрытыми стержнями и вам все же нужно сделать потолочных шов, то выберите электроды небольшого диаметра и установите на аппарате минимальное значение сварочного тока. Работайте не медленно и не быстро, постарайтесь найти «золотую середину» в скорости ведения дуги. Ведите дугу уверенно и не отклоняйтесь в стороны.
Теперь поговорим о типе и полярности тока. Сварка ММА может производить на постоянке и на переменке, выбор режима зависит от электродов. Обязательно читайте упаковку ваших стержней перед работой, некоторые электроды могут быть предназначены только для работы на одном типе тока.
Одно известно точно — при постоянном токе дуга горит стабильнее, чем при переменном. Это заметно даже при использовании универсальных стержней, способных работать с любым родом тока. Словом, если вы начинающий сварщик, то приобретайте универсальные комплектующие и экспериментируйте с настройками.
Что касается полярности, то ее выбор зависит от того, какая скорость плавления электрода вам необходима. Если выберите обратную полярность и установите постоянный ток, то электрод будет плавиться медленнее и равномернее. Это наиболее приемлемый вариант. Есть электроды, которые работают одинокого хорошо с любой полярностью.
Ручная сварка железа или никеля имеет свои сложности. В работе металл может быть подвержен проблеме, называемой магнитным дутьем. Магнитное дутье — это когда дуга начинает непроизвольно отклоняться от сварочной ванны из-за магнитных свойств металла. Чтобы избежать этих проблем установите на сварочнике переменный ток, это может помочь.
Как работает электродуговая сварка?
Принцип работы такого аппарата заключается в подаче тока от инверторного блока к определенному виду электрода. Замыкание контура в момент соприкосновения электрода с обрабатываемой поверхностью создает условия для возникновения электрической дуги.
После этого дуга расплавляет электрод и образовывается определенных параметров сварочная ванна. В этот момент смесь из расплавленного металла и электрода заполняет пространство трещины или стыка между двумя заготовками.
В зависимости от особенностей работы сварочные аппараты бывают таких видов:
- автоматические – все процессы по подаче электродов и регулировке мощности оборудования выполняются непосредственно оборудованием без необходимости в ручном режиме проводить такие мероприятия;
- ручные – самые простые по конструкции агрегаты для работы, с которыми сварщик самостоятельно производит настройку и контроль этапов сварки;
- полуавтоматические – устройства с комбинированной системой управления сварочными мероприятиями.
Подбор электродов
Электроды так же важны, как и соблюдение технологии сварки. От их правильного выбора во многом зависит качество будущего шва. Нужно подбирать стержни в соответствии с металлом, который вы собираетесь варить. Многие характеристики электрода можно узнать по его маркировке. О том, как читать маркировку мы рассказывали в этой статье.
При работе с ручной дуговой сваркой обращайте внимание на свойства выбранных вами электродов. Свойства зависят от типа покрытия. У электродов для РДС чаще всего рутиловое или основное покрытие. Мы не будем утверждать, какое из них лучше. Просто перечислим их положительные и отрицательные стороны.
Электроды с рутиловым покрытием часто используют новички, поскольку проще зажечь и вести дугу. Они представлены в широком ассортименте, есть и бюджетные, и дорогие марки. Мы не рекомендуем покупать слишком дорогие электроды для домашней сварки, поскольку они просто не раскроют весь свой потенциал.
Из недостатков рутилового покрытия можно выделить повышенное содержание водорода в сварном соединении, что несколько ухудшает качество шва. Но зато металл практически не разбрызгивается при сварке, что очень важно. Новичкам рекомендуем электроды марки МР-3, как одни из самых бюджетных и распространенных.
Электродами с основным покрытием — выбор опытных профессиональных сварщиков. С такими стержнями довольно трудно работать, поскольку дуга зажигается неохотно и в процессе сварки должна быть очень короткой. Все это требует опыта. Но если вы новичок не бойтесь применять такие электроды в своей практике. Так вы сможете быстрее научиться. Электроды с основным покрытием обеспечивают отличное качество шва. Если вам нужно сварить относительно тонкий металл, то выбирайте электроды с основным покрытием.
Также электроды подбираются исходя из экономических факторов. При таком медленном способе сварки как РДС важно знать скорость наплавки стержня, чтобы определить, сколько времени и электродов понадобится на формирование шва. Существуют специальные высокопроизводительные стержни, с ними работе идет быстрее. Но ими, как правило, можно варить только горизонтальные швы.
Выше мы писали, что электрод нужно использовать на 70% процентов, оставляя примерно 5 сантиметров стержня. Некоторые новички намеренно устраивают перерасход электродов, используя их лишь наполовину. Многие объясняют это тем, что просто беспокоятся о длине электрода и предпочитают оставить стержень с запасом. Мы не рекомендуем так делать в своей практике. Вам придется еще чаще прерывать сварку и менять электроды на новые.
