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:
- Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
- Ионизация в столбе дуги.
- Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.
Области сварочной дуги
Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:
- Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
- Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
- 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.
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.
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.
https://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/rucnaa-dugovaa-svarka/