Работы с электрической дуговой сваркой

Электродуговая сварка – виды, методы, технология

Сварка, для выполнения которой применяется зажженная электрическая дуга, является наиболее распространенным способом соединения металлов. Электродуговая сварка, отличающаяся исключительной универсальностью, сегодня успешно применяется практически повсеместно.

Процесс электродуговой сварки

Что собой представляет метод электродуговой сварки

Электродуговую сварку выполняют с обязательным использованием источника большого тока, который при этом отличается невысоким напряжением. Такое напряжение одновременно подается как на сварочный электрод (один контакт), так и на свариваемую заготовку (второй контакт). В результате взаимодействия заготовки и электрода между ними образуется электрическая дуга, именно за счет нее и происходит плавление кромок соединяемых деталей. Использование такой дуги, которая и необходима для преобразования энергии электрического тока в тепловую, позволяет получать в зоне электродуговой сварки температуру порядка 5000 градусов, которой вполне достаточно для того, чтобы расплавить любые из известных человечеству металлов.

Технология электродуговой сварки предполагает одновременное плавление металла электрода и соединяемых деталей, за счет которых и формируется так называемая сварочная ванна. Именно в данной ванне и протекают все процессы, характерные для сварки: металл электрода взаимодействует с металлом соединяемых деталей, образуется шлак, который поднимается на поверхность расплавленной сварочной ванны и формирует защитную пленку.

Электродуговая сварка может выполняться электродами двух типов:

• не плавящимися в процессе получения сварного соединения;
• плавящимися.

Электроды для ручной дуговой сварки

Когда для электродуговой сварки используется неплавящийся электрод, для формирования сварного шва применяют специальную присадочную проволоку, вводимую в зону действия электрической дуги. При использовании электродов плавящегося типа, которые сами и формируют сварочный шов, в присадочной проволоке нет необходимости.

Чтобы электродуговая сварка проходила с высокой устойчивостью и дуга не гасла, в состав плавящихся электродов добавляют специальные присадки. Это может быть натрий, калий или другие элементы, отличающиеся хорошей степенью ионизации. Для защиты сварного шва от окисления могут использоваться различные газы:

• аргон;
• углекислый газ;
• гелий.

Для выполнения электродуговой сварки с использованием таких газов необходимо использовать сварочные аппараты, в конструкции которых предусмотрены специальные головки. Через последние и подается защитный газ.

Для выполнения сварки с формированием электрической дуги использоваться может как постоянный, так и переменный ток. В большинстве случаев применение постоянного тока является более предпочтительным, так как это дает возможность минимизировать степень разбрызгивания расплавленного металла.

Характеристики электрической дуги

Электрическая дуга, которая формируется при помощи сварочного аппарата, – это, по сути, электрический разряд, протекающий в среде газов. Электрический ток, который перемещается в ней, получает такую возможность благодаря наличию в ней электрического поля. Такую дугу в целях упорядочения терминологии принято называть сварочной.

Сварочная дуга, которая является основным элементом формируемой электрической цепи, характеризуется снижением напряжения. Если сварочный электрод подсоединяется к плюсовому контакту сварочного аппарата, его называют анодом, если к минусовому — катодом. При выполнении электродуговой сварки с использованием переменного тока катоды и аноды попеременно меняются местами.

Важнейшим параметром сварочной дуги является расстояние между взаимодействующими электродами. Такой промежуток, по которому и протекает электрический ток, называется дуговым. Протекание электрического тока по такому промежутку возможно только в том случае, если в нем присутствуют заряженные частицы — электроны и ионы. Изначально, естественно, таких частиц в данном промежутке не существует. Чтобы они появились, необходимо, чтобы был запущен процесс ионизации.

Структура дуговой сварки

Ионизация дугового промежутка происходит следующим образом: с поверхности катода начинают испускаться электроны, которые и заряжают пары и газы, образующиеся над сварочной ванной. Сварочная дуга бывает:

• сжатого типа (ее сечение можно изменять при помощи сопла сварочного аппарата, величины электромагнитного поля, параметров газового потока);
• свободной (ее еще называют дугой прямого действия — параметры дуги данного типа не регулируются, они неизменны).

Виды и методы электродуговой сварки

Сегодня успешно используется несколько методов электродуговой сварки, выбор которых зависит от металлов, из которых сделаны соединяемые детали. Наиболее распространенным методом, используемым для соединения изделий как из черных, так и из цветных металлов, является ручная электродуговая сварка, при которой обязательно обеспечивают защиту сварочной зоны.

Сварка по данному методу выполняется следующим образом. Конец электрода, который подсоединен к электродержателю, начинает нагреваться, когда им прикасаются к соединяемым деталям. Именно в этот момент замыкается электрическая цепь. После того как конец электрода нагрелся, его аккуратно отводят от поверхности деталей на расстояние порядка 5 мм. Протекание электрического тока после такого отвода осуществляется уже через тело зажженной дуги.

Дуговая сварка трубы плавящимся электродом

Чтобы повысить устойчивость дуги, защитить как дугу, так и зону расплавленного металла от негативных внешних факторов, внести в металл шва специальные раскислители, делающие его более чистым, используют специальную обмазку, наносимую на металлический электродный стержень.

Практически по такой же схеме выполняют электродуговую сварку под слоем защитного флюса, для чего применяются специальные сварочные аппараты, преимущественно автоматического типа. Роль электрода при таком методе выполняет сварочная проволока, которая автоматически подается из специальной бобины. При использовании такой технологии можно с высокой скоростью сваривать изделия большой толщины. Конечно, эти изделия необходимо тщательно подготовить к процессу сварки, на что требуется затратить немало времени и усилий.

Большое распространение получила электродуговая сварка, которая выполняется неплавящимся электродом, изготовленным из вольфрама. Делают такую сварку в среде защитных газов, которые подаются через сопло сварочного аппарата. Здесь используются углекислый газ, гелий или аргон. Данную технологию применяют, чтобы соединить детали, изготовленные из нержавеющей стали, никеля или алюминиевых сплавов.

Инверторный сварочный аппарат для электродуговой сварки

Для электродуговой сварки с применением защитных газов может также использоваться и плавящаяся электродная проволока. В зону сварки такая проволока подается из специальной бухты. Защитный газ подается через то же самое сопло, через которое поступает и сварочная проволока. Большим преимуществом данной технологии (которая относится к категории газоэлектрической) является возможность регулировки параметров сварочной дуги за счет незначительного изменения состава защитной газовой смеси.

С помощью этой газоэлектрической технологии можно соединять металлы, отличающиеся высокой химической активностью (медь, нержавеющая сталь, магний и др). Следует отметить несколько наиболее значимых преимуществ данной технологии:

• возможность легко выполнять электродуговую сварку деталей, находящихся в различном пространственном положении;
• хороший обзор зоны сварки;
• возможность выполнять электродуговую сварку с высокой скоростью;
• высокая чистота сварочных швов;
• возможность сваривать как очень толстые, так и очень тонкие детали.

Электродуговую сварку можно выполнять при помощи электрода, который имеет трубчатое сечение. Материалами для изготовления таких электродов служат порошковая проволока и смесь флюсов, которые формируют защитный слой сварочной ванны. Присадочным материалом при электродуговой сварке по данной технологии служит сам электрод.

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 легко и правильно сваривать металл электродами начинающим

На сегодня без сварки трудно себе представить современную жизнь, а поэтому, число людей соприкасающихся с ней в работе или быту, постоянно растет. Стать хорошим сварщиком — задача не из простых. Но это значит обеспечить себя востребованной, интересной и высокооплачиваемой работой. И даже если у вас уже есть другая профессия, умение самостоятельно сварить какую-либо металлоконструкцию будь то забор, гараж, теплица или что-либо иное, не останется невостребованным. Как правильно варить дуговой сваркой электродами, для начинающих это серьезный вопрос. Разберемся с ним в данной статье.

Азы электросварки

Итак, подробно рассмотрим с чего лучше начать, или же дуговая сварка для начинающих.

Во-первых, вкратце разберемся с теорией сварочных работ. Чтобы понять суть процесса, прежде нужно расшифровать несколько терминов:

Сварочная дуга – это длительный электрический разряд (создающийся с помощью сварочного аппарата) существующий благодаря поддерживаемому электрическому полю, расплавляющий участок стыкуемого элемента. Температура сварочной дуги очень высока, она колеблется от 6000 до 8000 °С.

Длина дуги – это расстояние от конца электрода до изделия. Длина дуги бывает:

• короткая — 1-1,5мм;
• нормальная-1,5-2мм;
• длинная -более 3мм.

Эффективно использование короткой дуги. Именно так обеспечиваются хорошая защита и малое тепловложение при сварке. Чем больше длина дуги, тем хуже защита и выше напряжение на дуге, а вследствие выше и температура шва.

Повышенная температура шва может привести к перегреву металла. Последующим деформациям, а в случае с легированными сталями и к выгоранию легирующих компонентов.

Электрод – металлический стержень, на который нанесен слой того или иного покрытия, улучшающий его свойства. При сварке сердечник электрода расплавляется и формирует шов. Они подсоединяются к сварочному аппарату и через него подводится ток к свариваемому элементу.

Сварочная ванна – расплавляемый при сварке участок стыкуемого элемента, где происходит смешивание частиц элемента и расплавленного электрода.

Температура сварочной ванны выше чем температура плавления свариваемого металла, обычно превышение над температурой плавления составляет 100-500°С.

Как происходит сварка плавящимся электродом?

Процесс происходит таким образом: зажигается дуга, металл стыкуемой детали и электрода плавятся и перемешиваются в сварной ванне, при остывании расплавленного металла получается сварочный шов. Чем больше сварочный ток, тем глубже проплавляется металл (провар).

Дуговая сварка может осуществляться под воздействием постоянного (DC) так и переменного тока (АС).

Процесс проводимый на переменном токе на практике используется довольно редко из-за того, что горение дуги нестабильно. В основном на переменном токе сваривают толстолистовой металл, поскольку именно при переменном токе возможно получить наибольшую температуру, требующуюся для проплавления деталей.

Также незаменима в случае сваривания намагниченного металла, поскольку в данном случае использование постоянного тока исключается. Из оборудования необходим трансформатор и специализированный сварочный аппарат.

Процесс на постоянном токе наиболее распространена, поскольку сварочная дуга в процессе горит более стабильно, что позволяет получить шов при меньших трудозатратах, также при данном виде сварки образуется меньше брызг, что тоже упрощает работу сварщика. Из оборудования необходим выпрямитель или инвертор.

Обозначениями типов сварки

Зачастую, новички в сварочном деле сталкиваются с различными обозначениями типов сварки MMA, MIG, MAG, TIG. Что же значат эти буквы? Давайте поподробнее разберем каждый из перечисленных типов.

ММА — это ручная дуговая сварка плавящимся штучным электродом. Это ростой вид сварки, используемый как в промышленности, так и в быту.

MIG — это дуговая сварка в среде инертного газа, механизированная. В качестве плавящейся присадки применяется проволока.

MАG — это дуговая сварка в среде активного газа, с плавящимся проволочным электродом.

MIG/MАG наиболее производительны по сравнению с ММА.

TIG — это дуговая сварка, неплавящимся электродом в среде инертного газа. Как видно из названия, для неё применяют вольфрамовые электроды, имеющие очень высокую температуру плавления (более 3000°С).

Перечислим основные достоинства:

1. Невысокая цена материалов и сварочного оборудования;
2. можно осуществлять в различных положениях;
3. Широкий спектр металлов;
4. Возможно проведение в стесненном пространстве;

Перечислим основные недостатки:

1. Сильное влияния на качество сварного шва профессионализма исполнителя;
2. Наличие значительного выделения вредных веществ, воздействию которых подвергается сварщик;
3. Невысокая производительность;
4. Отклонение дуги из-за намагничивания металла

Какие же электроды применяют?

• с основным покрытием
• с кислотным покрытием
• электроды с целлюлозным покрытием
• электроды с рутиловым покрытием

Многие сталкиваются с вопросом как же выбрать необходимый электрод? Подбор диаметра электродов осуществляется по таблице, предоставляемой производителем (обычно указываемой на упаковке), выбирают по толщине заготовки. Подробнее читайте в нашей статье.

Что нужно для работы инвертором

Сварочный аппарат инверторного типа или источник питания необходимый для создания сварочной дуги. Существует огромное количество различных производителей и марок инверторов, разумеется, цены на инверторы значительно отличаются.

Однако, принцип работы всех инверторов одинаков, различия существуют в вольт-амперной характеристике и качестве оборудования.

Чтобы приступить к работе необходимо:

1. Сварочный аппарат;
2. Электроды;
3. Маска;
4. Сварочные краги;
5. Спецодежда (роба) и спецобувь
6. Молоток (секач) сварщика
7. Щетка по металлу

Если вы в первый раз решили попробовать себя, выбирайте недорогие материалы и инструменты. Для обучения подойдет сварочный инвертор средней ценовой группы (который можно взять в аренду), электроды 3 мм и маска Хамелеон.

Как правильно сварить металл?

Для правильного выполнения процесса необходимо изучить и поэтапно выполнить все операции, описанные ниже.

Также необходимо помнить, что новичку нужно в первую очередь следить за качеством работы, тщательностью выполнения операций и отработкой навыков, а не за скоростью производства работ.

Итак, первый этап – подготовка:

1. Собираем все необходимые инструменты и приспособления, надеваем спецодежду;
2. выполняем зачистку кромок детали, обезжириваем их;
3. подключаем электрод;
4. выполняем предварительную сборку на прихватки; размер прихватки может быть различным, обычно прихватки выполняют по 10-50 мм, либо в виде точек (для маленьких деталей).

Когда речь идет о работе с трубами, длина прихватки должна быть не менее 2-5 толщин стенки трубы.

Второй этап – сварка элементов. Процесс начинается с розжига дуги. Есть два основных способа:

1ый – касанием: сварочная дуга зажигается при коротком прикосновении к поверхности металла, важно сразу убрать дугу, чтобы не произошло залипание.

2ой – чирканьем: сварочная дуга зажигается при проведении (как спичкой) по поверхности металла. Данный способ предпочтителен, поскольку при нем металлу сложно залипнуть, но он не всегда применим ввиду стесненных условий.

Важный момент при сварке — это наклон электрода. Если вы усвоите как правильно держать электрод, то сможете избежать многих неприятных последствий. Существуют три основные положения:

1.Углом вперед – сварочную дугу отклоняют от нормали на 30-60 градусов, образуя острый угол между дугой и швом. При таком положении выполняют горизонтальные, а также вертикальные швы, потолочные швы, а также выполняют стыковку труб при отсутствии возможности поворота трубы при сварке.

2. Углом назад – сварочную дугу отклоняют от нормали на 30-60 градусов, образуя тупой угол между дугой и швом. Данное положение подходит для угловых и стыковых соединений.

3. Под прямым углом – между дугой и швом образуется угол 90 градусов. Такое положение наиболее часто применимо в труднодоступных местах.

Движения электрода при сварке.

Для получения качественного шва, крайне важно какими будет траектория движения.

Существуют различные способы:

1. Круговые или же эллиптические — при вертикальном расположении стыка. При выполнении процесса этим способом равномерно прогреваются и провариваются обе кромки. Сами круговые движения выгоняют шлак из ванны.
2. Движения треугольником. Движение по траектории треугольника чаще всего применяют для угловых швов. Так же как и при круговых обеспечивает хороший прогрев кромок и провар корня шва. Данный способ часто применяется при соединении деталей свыше 6мм.
3. Проводка электрода по z-образной траектории. Использовать лучше для деталей с толщиной стенки меньше 6мм. Характерен для выполнения процесса в нижнем положении и встык.

Положения при сварке.

Различают следующие положения: нижнее, горизонтальное, вертикальное, а также потолочное.

Сложность работ при разных пространственных положениях шва значительно отличается. Самым простым считается выполнение в нижнем положении, детали находятся внизу, а сварщик над ними. Именно с таких швов следует начинать тому, кто не занимался ранее.

Потому что расплавленный металл не вытекает из сварочной ванны, что делает процесс сварки значительно легче.

Следующими по сложности считаются горизонтальные и вертикальные швы. При выполнении вертикальных и горизонтальных швов электродуговой сваркой, стыкуемые элементы находятся в вертикальном положении.

При таком положении есть риск вытекания расплава из сварочной ванны, а следовательно квалификация сварщика должна быть более высокой. Чтобы получить хороший результат при данном положении, необходимо выполнять процесс на короткой дуге, а также использовать электроды со специальным покрытием, препятствующем вытеканию металла.

При выполнении вертикального шва целесообразно вести процесс снизу вверх, дабы образовывать ступеньку, мешающую вытеканию металла. Ведение электрода сверху-вниз допустимо, но при этом возможно ухудшение качества шва за счет вытекания металла, а также не проплавления шва.

Потолочное положение считается самым сложным, ведь помимо того, что физически трудно держать над собой руку длительное время, еще и сложно обеспечить надлежащее качество шва.

Для того чтобы понять как варить потолочный шов, любому сварщику нужна практика. Для выполнения работы, которую не придется переваривать, рекомендуем выбирать электроды с основным покрытием, а также вести процесс на короткой дуге при небольшом напряжении.

Умение выполнять потолочные швы считается признаком квалифицированности сварщика.

Основные ошибки

Теперь, когда мы разобрались с основными моментами при выполнении работ поговорим о распространенных ошибках, связанных с применением электродов, а также о том, как их предотвратить.

Неумение правильно удерживать сварочную дугу. Это приводит к неравномерному расплавлению металла. Результатом становятся прожёги, грубая чешуйчатость и прочие наружные дефекты.

Применение не просушенных электродов. Это приведет к большому количеству пор. Важно хранить сварочные материалы в сухом месте.

Большая длина дуги. Данная ошибка может привести к прожогу и появлению пор.

Скорость перемещения электрода. В результате чего может образоваться непровара или наплывы. Это зависит то того быстрее или медленнее оптимального значения ведется процесс. Скорость сварки, а также силу тока сварщик индивидуально подбирает. Кто-то варит быстро и ток побольше ставит. Кто-то же наоборот более медленно ставя ток меньше. Это приходит с опытом. В начале нужно придерживаться рекомендованных значений.

Угол наклона. От угла наклона во многом зависит глубина проплавления. Углом вперед варят тонкий металл.

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:

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.

Пособие для «чайников»: особенности дуговой сварки электродами

Сварка электродом – это способ дуговой электросварки, используемый для совмещения металлических изделий. Данный метод получил свое название за счет сварочной дуги – длительного потока энергии, который возникает в электроде при сварке металла под высокой температурой. Проводник (электрод) – это металлический провод со специальным покрытием, являющимся инертной средой во время процесса работы. Она, как правило, состоит из известняка, глинозема, магнезии, никеля, железа и марганца. Далее рассмотрим, как правильно сварить металл, без недочетов и изъянов.

Азы электросварки

Электросварка – это надежный метод создания неразъемного соединения между деталями. Существует множество видов сварки, которая применяется для металла, пластмассы (без электродов), керамики и прочих материалов.

При сварке электродом совмещение деталей заключается в плавке краев двух деталей, под воздействие электрической дуги, в результате чего они соединяются в одно целое, создавая крепкий вечный шов.

Прежде чем приступить к работе, необходимо разобраться, как правильно варить металл. В первую очередь от умения пользоваться аппаратом и верно держать электрод зависит безопасность и качество соединения деталей.

Прежде всего, важно запастись множеством проводников, чтобы учение довести до автоматизма. Лучше всего выбирать диаметр не более трех миллиметров, это самый оптимальный размер для обучения и электродуговой сварки тонких металлических изделий.

Чтобы приступить к работе, требуется к аппарату подключить обратный кабель к минусовому контакту. К плюсовому же подключается держатель проводников энергии.

Для начала, перед процессом сварки электродом, нужно полностью подготовить металлические изделия – очистить их от краски, масла, пыли и прочих частиц, которые могут помешать качественной электросварке.

Особенности сварки электродом

Кроме изучения, как правильно варить сваркой, нужно знать, что она имеет ряд преимуществ и недостатков. Качество работы напрямую зависит от оборудования. Чем оно дороже – тем мощнее и качественнее. Ручные аппараты должны выполнять следующие функции:

• соединять детали даже в труднодоступных местах:
• обладать возможностью сваривания во всех положениях;
• сваривать все типы металла.

Кроме этого, данный аппарат имеет и некоторые недостатки:

• низкий коэффициент полезного действия в сравнении с другими технологиями;
• качество совмещение металла напрямую зависит от умения сварщика;
• при работе возникаю вредные испарения и искры, негативно влияющие на зрение.

Касаемо последнего пункта: электродуговая сварка требует специальной формы одежды оператора и использование специальных очков и маска «хамелеон», которая защищает зрение, но при этом обеспечивает хорошую видимость.

Технология дуговой сварки

Электродуговая сварка выполняется по определенной технологии для обеспечения хорошего, гладкого и прочного соединения изделий.

Существует несколько способов поджога дуги:

• точечный, при котором сварщик точечно бьет проводником по изделию;
• способ чирканья.

Свойства проводников также могут быть разными при различных методах поджога. Это связано от покрытия на нем. Некоторые поджечь легче, некоторые сложнее, но каждый вид материала имеет свои достоинства и недостатки.

Создать дугу новым электродом намного проще. Достаточно ним коснуться металла, и сразу поднять на расстояние 2-3 миллиметра. Когда проводник поджигался многоразово, на его конце возникает шлаковая пленка. В таком случае нужно точечно ударить материалом несколько раз до образования искры.

Длина дуги – это величина, которая указывает на промежуток электрода и детали, между которыми происходит электрический разряд. Этот показатель напрямую зависит от диаметра электрода и выбирается от 0,5 до 1,2 его диаметра. Для получения качественного шва, электрод нужно держать максимально близко к детали.

Подготовительный этап

Прежде, как варить сваркой электродами металл, нужно все подготовить. Во-первых, подключить аппарат. Во-вторых, зачистить детали и надежно их закрепить, чтобы они не «гуляли» под аппаратом. В-третьих, сварщик должен надеть защитную маску.

Для начала рекомендуется потренироваться, как на металле зажигается материал, чтобы ориентироваться, каким способом лучше будет работать.

Образование дуги

При сварке для начинающих рекомендуется поддерживать короткую дугу, чтобы создать идеальную дорожку, без изъянов. С первого раза это не получиться – нужно некоторое время тренироваться.

Чем короче дуга, тем меньше металлических капель она дает и легче создавать качественное сплавление. При этом проводник расплавляется равномерно и плавно, обеспечивая достаточную глубину проплавления. Длину дуги новичок сможет контролировать по звуку оборудования. При короткой – он равномерный, при длинной – громкий и резкий.

Теоретически, как сваривать металл, знает каждый, но на практике необходимо долго учиться создать качественную дугу. Если она обрывается, ее нужно заново возбуждать и «запаивать» пробелы в швах. От силы тока зависит качество дуги, а от нее – качество шва.

При ошибочном подходе, можно образовать ожог на изделии, где в дальнейшем материал начнет портиться.

Формирование шва

Чтобы соединить металл электросваркой, важно создать надежный и качественный сплав между материалами. Различают несколько видов основных швов:

1. Ниточный – это самый простой способ, который может создать даже начинающий мастер. Он характеризуется продольными поступательными движениями и шириной, не более 3 мм. Он не создает надежное крепление и может быть использован на тонких и незначительных деталях. С такой дорожки рекомендуется начинать обучения для молодых мастеров, чтобы потом перейти к более сложным технологиям.
2. Продольно-поперечный тип создается в соответствии с названием. То есть, при этом нужно обладать знаниями и умениями, как правильно вести электрод в нескольких направлениях – вертикально и горизонтально. Такая дорожка намного прочнее предыдущего. Он отличается долговечностью и имеет ширину 1-1,5 сантиметра. Самая распространенная технология для такого шва – зигзаг, при котором проводник ведется от края до края по 10-15 мм в каждую сторону. При этом, очень важно соблюсти длину дуги, чтобы получить идеальную дорожку с минимальными примесями шлака.
3. При движении рабочего элемента в трех разных направлениях создается крепкий, «мертвый» и надежный шов. Изначально он начинается, как продольно-поперечный, но потом нужно создать возвратные движения, которые позволяют повторно проработать заваренную линию для большей надежности скрепления материалов. Здесь необходимо верно держать прибор, иначе под слишком большим наклоном соединительная дорожка получится толстой и неравномерной.

По завершению работы обязательно нужно сбить шлак с соединения, чтобы оставить идеально ровную полосу сваривания. При ошибочной работе, дорожка будет неровной, с пробелами и деформациями. Кроме эстетического вида, такое качество варки может отразиться на дальнейшей эксплуатации данных изделий.

Обзор основных ошибок начинающих

Как правильно варить сваркой – разобрались. По стандартам, основные ошибки делятся на 6 критериев:

• несоответствие размер и форм;
• наличие пустот и полостей;
• трещины;
• непроваренные участки;
• твердые включения;
• прочие дефекты.

Чтобы все получалось быстро и качественно, предлагаем ознакомиться с самыми распространенными ошибками сварки металла, которые совершают новички:

1. Выбор неверной длины дуги – самая частая оплошность, которую допускают новички и не очень опытные мастера. При короткой длине поверхность сплавления получается неравномерной и слишком грубой. При этом шов получается не качественным из-за большого содержания шлаков. Когда дуга наоборот, длинная, сваривание получается неравномерным, с большим количеством разбрызгиваемых капель металла. Кроме этого, большое расстояние электрода и детали способствует нестабильности дуги, что провоцирует «пробелы» в шве.
2. Неправильная скорость управления аппаратом. При быстром перемещении проводника получается неравномерный валик, который содержит много шлаков. Такая электросварка долго не продержится, так как считается, что деталь сваренна плохо из-за тонкости шва. При слишком медленном перемещении, валик получается толстым и громоздким.
3. Не так установленные настройки на аппарате. Важно установить ампераж, в соответствии с типом рабочего изделия и размером проводника. При низком ампераже дорога будет тонкой и неравномерной, что приводит в неполному сплавлению. Что касается чрезмерно высокого напряжения, то дорожка в итоге выходит плоская и плотная, содержащая большое количество шлака.
4. Некачественная подготовка поверхности. Недостаточная очистка от остатков лакокрасочных изделий, масла, жира или пыли приводит к «пробелам» и неровностям дорожки. В результате полоса будет хлипкой, что в будущем приведет к деформации данного изделия.
5. Наклон проводника также играет важную роль в создании плотного и надежного соединения. При сильном наклоне по отношению к горизонтали получается неравномерная дорожка с острыми чешуйками. Если же его поставить слишком прямо, то есть перпендикулярно, тогда чешуйки получаются слишком плотные и создают высокий валик с большим количеством шлака.

Кроме описанных технических недочетов, часто результатом неудачного совмещения становится неисправный аппарат, несоответствие тока и материала, неправильно подготовленная рабочая поверхность и другие правила сварки, которые следует учитывать.

В завершении стоит отметить, что при электродуговой сварке электродом надо учитывать ряд критериев, от которых будет зависеть результат. Самое основное – это создание качественного и ровного шва. Для этого требуется знать, как правильно варить металл и гармонично сочетать несколько факторов:

• ампераж;
• тип электрода;
• наклон рабочего изделия;
• высота дуги;
• скорость перемещения аппаратом.

При полном соответствии всех критерий получится качественное неразъемное сплавление, которое прослужит долгие годы без поломок и деформаций.

Технология сварки – это та база, которую необходимо досконально изучить. К практике рекомендуется приступать тогда, когда начинающий мастер полностью ознакомится с теоретическим фундаментом. А зная, как правильно сваривать металл, на практике остается только отточить мастерство.