Что такое способ ручной дуговой сварки

Ручная электродуговая сварка: принцип действия, базовые основы технологии выполнения, техника безопасности

Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.

Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.

Виды электродуговой сварки

По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:

• ручная;
• механизированная – применяются средства автоматизации, но участие сварщика обязательно;
• полуавтоматическая – процесс автоматизирован, но детали двигает рабочий;
• автоматическая – работа автоматизирована, оператор контролирует ход процесса.

Классификация и способы

Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:

• не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
• в вакууме – воздух откачивается;
• шов делается в защитном газе – инертном или активном;
• процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
• комбинированные способы защиты.

По виду тока подразделяется на сварку:

• переменным – от трансформатора;
• постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
• импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.

Разновидности

Типы процессов различают по типу дуги:

• прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
• косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
• дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
• сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.

Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.

Ручная дуговая сварка

Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:

• тип соединения;
• форма подготовленных кромок;
• характер сварного шва;
• поперечное сечение шва и кромок;
• толщина свариваемых деталей.

ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.

Принцип действия

Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.

Создание дуги

Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:

1. Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
2. Ионизация в столбе дуги.
3. Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.

Схема сварочной дуги

Области сварочной дуги

Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:

1. Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
2. Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
3. Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.

Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.

Источники питания

Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.

Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет

Используемые электроды

При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых — МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:

• углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
• легированных конструкционных;
• легированных теплоустойчивых;
• высоколегированных с особыми свойствами;
• для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:

• с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
• со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
• с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
• с особо толстым, D/d больше 1,80.

По составу покрытия маркируются:

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

Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.

Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:

• для всех – 1;
• для всех, кроме вертикального – 2;
• для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
• для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.

Примерная стоимость электродов. Яндекс.Маркет

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.

После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.

Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.

Перемещение электрода

Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.

Что влияет на качество и размеры сварного шва

Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:

• диаметр и угол наклона электрода;
• скорость;
• напряжение на дуге;
• сварочный ток.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.

Плюсы и минусы

К достоинствам ручной дуговой сварки относят:

• простоту процесса, компактность и мобильность оборудования;
• возможность работать в разных пространственных положениях;
• сваривание в труднодоступных местах.

• зависимость от квалификации специалиста;
• низкая эффективность по сравнению с автоматизированными процессами;
• вредное влияние на организм сварщика.

Источник

РДС: дуга и все, что ее окружает

Знаменитая РДС – ручная дуговая сварка, народная любимица и самая популярная сварочная технология в течение долгого времени. Такое достижение дорогого стоит. Метод основан на использовании специальных электродов.

Все действия в РДС выполняются сварщиком вручную. Несмотря на популярность и, казалось бы, изученность этого способа, нам с вами невредно будет повторить основные факты и проверить, как на сегодняшний день поживает милая сердцу РДС.

Главное – дуга

Суть или технология ручной дуговой сварки – это формирование правильной и устойчивой дуги между концом электрода и сварочной ванной. Поджечь дугу быстрым касанием, чтобы она сразу загорелась и стабильно горела в дальнейшем – одно дело.

Правильно держать и вести электрод, соблюдая стандарты высоты расходника над поверхностью, скорости ведения электрода вдоль шва и много чего еще – дело другое. Знать нужно немало, уметь – тоже. Ну так современная сварка – тоже не погулять выйти, это поле с профессиональными игроками и высокой конкуренцией.

Здесь на художественной самодеятельности никто больше не проедет. Так что давайте повторять и разбираться в деталях и нюансах современной РДС.

Основные действия с помощью электродержателей:

• подача электрода в рабочую зону;
• поджиг электрической дуги;
• перемещение расходника вдоль кромок деталей;
• поддержка стабильного горения дуги.

Чертеж ручной дуговой сварки.

Итак, мы подожгли дугу касанием и отвели электрод на небольшое расстояние от свариваемой поверхности. Стержень электрода начинает плавиться от действия высокой температуры. Именно их этого плавящегося стержня формируется тот самый сварочный шов, ради которого затеяна вся суета вокруг.

Вместе с металлическим стержнем электрода плавится его специальное покрытие, хитрый состав которого образует защиту шва шлаком и газом от окисления. Сразу же после того, как погаснет дуга, шлак удаляется с поверхности рабочего участка.

Сварочный шов какой угодны для не получается из-за ограниченной длины электрода: как только стержень оплавится до конца, процесс нужно останавливать, чтобы его поменять. А такого рода перерывы неважно сказываются на качестве шва: из-за них в шве попросту образуются дефекты.

С этой бедой можно бороться, и прежде всего с помощью выполнения правил технологий. В технических характеристиках электродов, к примеру, всегда указываются параметры подходящего электрического тока к типу покрытия, диаметру стрежня и положению во время сварки.

Все это необходимо для оптимизации горения дуги и протяженности непрерывного шва – «не больше и не меньше, а в самый раз» – вот главное правило, которое, пожалуй, требует технология дуговой сварки.

Что варим с помощью РДС

Да практически все. Если говорить о сталях, то это и легированные, и нелегированные марки. Правда, есть ограничения в толщине, он должна быть не больше до 5-ти см. Слишком тонкие листы металла тоже не пойдут: если заготовка тоньше 1,5 мм, металл при РДС мгновенно прогорит.

Больше всего РДС подходит для работы с заготовками толщиной от 3,0 до 20,0 мм.

Конечно, в зависимости от состава металла меняется прочность шва. Она, например, снижается с повышением доли углерода в стальных сплавах. Иными словами, высокоуглеродистые стали варить методов РДС можно, но качество шва с точки зрения будет ниже.

Где ручная дуговая только не применяется, вот только некоторые из примеров:

• производство труб самого разного вила и назначения;
• машиностроение;
• судостроение;
• все ремонтные работы на многочисленных СТО;
• все виды коммунальных работ, где необходимо соединение металлов.

Поговорим об электродах

О современных электродах можно написать «Войну и мир», не меньше. Уж каких только сплавов и составов покрытий сейчас не делают – на любой вкус.

А если серьезно, то классификация сегодняшних электродов обширнейшая, новые технологии требуют соответствия химического состава всех без исключения частей расходников металлам свариваемых деталей. Эти материалы содержат вещества для стабилизации горения дуги, образования защитного шлака и т.д.

Схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Функции у современных покрытий электродов вполне конкретные и ясные:

• Образование шлаков для защиты металла от кислородного окисления в воздухе и действия влаги.
• Образование газа для той же защиты. Он образуется в результате горения органических веществ, входящих в состав покрытия электрода.
• Так называемое раскисление шва – удаление из него окислов кислорода.
• Легирование основного металла за счет добавок в покрытии.

Для РДС выпускаются специальные электроды. Все они соответствуют свойствам наплавленного металла и снабжены в названии буквой «Э».

Число после буквы обозначает уровень временного сопротивления в килограммах на квадратный миллиметр. Если рядом стоит буква «А», состав электрода очень пластичен и имеет высокую ударную вязкость.

Снег, дождь и ветер

Варить можно хоть на потолке, то есть в любом положении. Но если есть возможность выбирать, удобнее работать все-таки в нижнем положении. Здесь можно и электрод взять побольше, и ток пустить посильнее, чтобы варилось мощно и быстро.

Если же вам приходится варить на потолке или располагаясь вертикально, бодрой и быстрой сварки у вас не получится: сварочная ванна будет маленькой, диаметр у электрода будет очень скромным, скорость работы снизится на порядок.

Ручная дуговая сварка позволяет работать в самых разных условиях внешней среды: хоть внутри помещений, хоть в открытом пространстве. Для этого метода не нужна подача газа или воды, что значительно упрощает рабочий процесс.

Единственное, что понадобится в обязательном порядке – это электропитание с его источником и кабелем. Длина кабеля – вопрос серьезнейший. Источник электричества может быть удален как угодно, но все дело в том, что чем кабель длиннее, тем больше он греется и, соответственно, повышаются тепловые потери.

Иногда используют генераторы на бензине или дизельном топливе. Ну а если вокруг вас снег, дождь, ветер и прочие природные напасти, защищайте рабочую зону, ведь вам нужно прежде всего ровное стабильное пламя дуги.

Теперь ток

РДС в этом плане универсальна – варить можно хоть на постоянном, хоть на переменном токе. Электроды могут быть специализированными, но есть и универсальные, которые подходят и для того, и для другого.

Если есть возможность выбирать, то это ток постоянный. С ним и дуга стабильнее, шов крепче и работать комфортнее.

Сила сварочного тока в зависимости от диаметра электрода и толщины металла.

Если вы работаете с постоянным током, у вас может быть два варианта полярности – прямая и обратная. При прямой полярности минусовый полюс подводится к электроду, а плюсовой – к металлической заготовке. При обратной полярности все наоборот: к электроду идут плюсы, к деатялм – минусы.

Абзац про дефекты

Дефекты, возможные по ходу работы РДС, делятся на два вида:

1. Отклонения от нормы и стандартов вследствие кристаллизации или остывания металла.
   Они могут возникнуть в виде пор, трещин, снижения качества шва и т.д.
2. Дефекты в результате нарушений правил или технологии.
   В этом случае появляются прожоги, непровары, подрезы и т.д.

Пара слов о швах и их кромках

Пара слов о кромках. Если вы хотите, чтобы у вас получился проваренный и ровный шов высокого качества по всем параметрам, на металлических заготовках нужно сделать кромки.

Подробное описание разделки краев в зависимости от типа шва отлично прописаны в ГОСТе 5264-80, полностью посвященному РДС. Кромки бывают трех видов, которые различаются лишь по форме: V, R, X.

После сварки кромку нужно удалить. Это можно сделать просто – зубилом. Но в этом случае о качестве и эстетике шва придется забыть. Ровное и аккуратное удаление получится с помощью фрезерного или токарного станка.

Если применение станка невозможно из-за трудного доступа, кромки убираются кислородной резкой. Чистка кромок металлической щеткой от грязи, коррозии и окалины также относится к обязательным действиям.

Разновидности сварочных швов. Сварочные швы также различаются по форме:

• стыковой тип;
• швы внахлест;
• угловые;
• тавровые швы.

Также сварные соединения подразделяются исходя из положения в пространстве:

• нижний тип – самый распространенный, при котором свариваемые заготовки находятся под электродом;
• горизонтальный тип: заготовку фиксируют под углом, а электрод и процесс сварки – в горизонтальном положении;
• вертикальный тип шва, которые формируется снизу наверх. Это непростой вид из-за стекания расплавленного металла вниз;
• потолочный тип, когда шов находится сверху по отношению к электроду;

При сложных положениях в пространстве используется пониженный ток, а сама сварка производится короткими движениями.

Оборудование для РДС

Конечно же это аппараты ручной дуговой сварки. Метод дает широкие возможности для их выбора. Это может быть и традиционный трансформатор – ветеран сварочного движения, трансформатор в комбинации с выпрямителем и, наконец, герой нашего времени – аппарат для дуговой сварки под названием инвертор.

Последний вариант- самый популярный в силу дополнительных функций для облегчения работы сварщика: форсированной дуги и антизалипания. На инверторе могут работать даже юные дебютанты, швы в любом случае получаются ровными и крепкими.

Есть, конечно, нюанс – относительно высокая стоимость инвертора. Но овчинка выделки стоит благодаря высокой надежности в святом деле качества шва. Сварочное оборудование ручной дуговой сварки предлагается в самых широких продуктовых линейках – на любой цвет и вкус.

Варим трубы

Одно из технологических преимуществ РДС перед другими методами – это сварка труб ручной дуговой сваркой.

К данному виду работ всегда имеются особые требования. И прежде всего это идеальная герметичность швов и устойчивость к значительному и длительному давлению. Именно поэтому швы на трубе варят в нижнем положении, где это только возможно.

Трубы варят стыковыми швами, других вариантов практически нет. Предварительная подготовка – формирование прихваток, без них сделать что-либо будет трудно. Если труба большая, и ее диаметр превышает 30 см, участки сварки будут в длину будут составлять не больше 20-ти см.

Плюсы РДС

Преимущества ручной дуговой сварки внятные, серьезные и весьма весомые:

• универсальность технологии в отношении применяемых материалов благодаря широчайшему выбору электродов на рынке;
• благодаря ручной подаче и ведению электродов сварку можно производить в любом положении, включая самые труднодоступные места;
• возможность быстро смены расходных и свариваемых материалов;
• удобная транспортировка оборудования;
• отличный способ варить трубы;
• метод по силам даже новичкам, если работать на инверторе.

Минусы РДС

Недостатки есть у всех методов, куда ж без них

У ручной дуговой минусы скромные:

• относительно низкая производительность, как и у всех ручных способов сварки;
• качество сварного шва в значительной степени зависит от квалификации сварщика, если работа идет не на инверторе. Инвертор нивелирует опыт работы;
• действие на организм вредных факторов сварки.

Следует заметить, что недостатки метода вполне можно считать его особенностями, которые обусловлены сутью физико-химического процесса.

Источник