Новочеркасский завод сварочных электродов

Руководство по электродуговой сварке

Из разных методов сварки (дуговой, точечной, газовой) в домашних условиях особый интерес представляет метод дуговой сварки. Хотя и другие способы не слишком сложны, но из-за высокой стоимости сварочного оборудования их целесообразно использовать только при постоянном применении, что в домашней работе случается крайне редко.

Требуемую температуру для сварки создают за счет электрической дуги.

Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд, происходящий в газовом промежутке между электродом и изделием.

В зоне дуги возникает высокая температура, которая приводит к расплавлению электрода и кромок соединяемых деталей.

Для питания дуги электрическим током пользуются сварочным трансформатором, сварочным преобразователем или сварочным выпрямителем. От источника питания ток подводится сварочными кабелями через электрододержатель к электроду и свариваемому изделию, между которыми горит дуга. Включив источник питания, сварщик зажигает дугу и поддерживает ее горение.

Сварочный трансформатор преобразует переменный ток бытовой электрической сети с напряжением 220 или 380 В и малой силой тока (6 и; 10 А) в пригодный для электросварки переменны ток с низким напряжением (30-60 В) и больше силой тока (250-300 А) той же частоты.

 Обычно сварочные трансформаторы подключаются к источнику тока с напряжением 220 ил. 380В.

Сварочные трансформаторы бывают различной мощности. Чем толще листы металла, предназначенные для сварки, тем больше должна быть сила электрического тока во вторичной обмотке трансформатора.

Время цикла работы при сварке составляет 5 минут, что является показателем ПВ (продолжительности включения). Если сварочный трансформатор имеет ПВ 40%, это значит, что через 2 минуты сварки требуется пауза в 3 минуты, чтобы аппарат остыл. Тепловая защита от перегрузки либо автоматически отключает аппарат при определенной температуре, либо включает световую сигнализацию, которая сообщает, что пора прекратить сварку. Этот сигнал зачастую игнорируют, что является причиной выхода трансформатора из строя. Сварочные аппараты с показателями ПВ 60% и выходной силой тока 60 А, ПВ 35% и силой тока 90 А и ПВ 30% и силой тока 110 А полностью соответствуют требованиям домашнего мастера.

Сварочный трансформатор обязательно должен иметь устройство для регулирования величины сварочного тока в пределах от 40 до 200 А.

Сварочный выпрямитель 

Свойство некоторых материалов пропускать электрический ток в одном направлении используется в сварочной технике для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный. Материалом выпрямительного элемента (вентиля) служат селен и кремний. Сварочный выпрямитель выполнен на базе сварочного трансформатора, который трансформирует его сначала в переменный ток с низким напряжением, а затем выпрямительный блок преобразует его в постоянный ток, более удобный при сварке, чем переменный ток.

Сварочный преобразователь 

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, размещенных обычно в общем корпусе и на общем валу. Приводной электродвигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, питающего сварочную дугу. Это устройство обычно применяется в промышленных условиях.

Сварочный кабель служит для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию; он должен состоять из 188 гибких медных проволочек в эластичной оболочке, а не из 48 или 32 проволочек в синтетической оболочке, что характерно для низкокачественного кабеля. Такой кабель очень быстро обрывается, а с поврежденным кабелем работать нельзя.

При подключении сварочного аппарата необходимо предварительно проверить, снабжена ли электропроводка, к которой будет подсоединен трансформатор, соответствующим предохранителем (чаще всего 16 или 20 А).

Принадлежности и инструменты для сварочных работ

Для крепления электрода и подвода к нему сварочного тока служит электрододержатель. Более совершенными являются электрододержатели с пружинами; применяются также винтовые, пластинчатые, вилочные идругие типы электрододержателей. От электрической дуги исходит сильное ультрафиолетовое излучение, которое обжигает сетчатку глаза и повреждает кожу. Кроме того, во время сварки из дуги разбрызгиваются мелкие раскаленные частицы металла. Поэтому сварщику необходимо использовать предохранительный щиток или маску для защиты глаз и кожи лица с серо-зеленым защитным стеклом марки ТСЗ. Одежда сварщика — куртка и брюки из брезента, иногда из сукна или асбестовой ткани. Брюки надеваются поверх обуви для предохранения ног от ожогов горячими огарками и брызгами металла. Одежда из прорезиненного материала не применяется, так как легко прожигается нагретыми частицами металла. Кроме того, сварщик должен надевать рабочие брезентовые рукавицы.

При выполнении дуговой сварки используют стальную щетку для зачистки кромок перед сваркой и для удаления с поверхности швов остатков шлака и молоток для удаления шлаковой корки.

Следует позаботиться о хорошей вентиляции рабочего места. Для частых электросварочных работ оптимальным решением является стол сварщика с верхней и нижней вытяжной вентиляцией.

Электроды 

При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов требуется защита сварочной ванны от действия газов воздуха (кислорода, азота, водорода), с тем чтобы они не проникали в жидкий металл и не ухудшали качество металла шва. Поэтому при сварке защищают зону дуги (нагреваемый электрод, саму дугу и сварочную ванну). По способу защиты металла дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварку покрытыми электродами, порошковой проволокой, в защитном газе, под флюсом.

Стальной покрытый электрод представляет собой стержень длиной 35-40 см, на поверхность которого опрессовкой или окунанием нанесено специальное покрытие из порошкообразных материалов на клеящем растворе.

Покрытие электрода имеет сложный химический состав и предназначено для защиты расплавленного металла от окисления кислородом воздуха и легирования металла сварного шва. Защита металла от воздуха осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия. В состав покрытия электродов входят также специальные добавки, которые обеспечивают стабильное горение дуги при сварке на переменном и постоянном токе.

Покрытые электроды предназначены для ручной сварки, т. е. такой, где две обязательные операции процесса (подача электрода в зону дуги и перемещение дуги по изделию с целью образования шва) выполняются сварщиком вручную. Ручная сварка покрытыми электродами позволяет выполнять швы в любом пространственном положении.

Существует много типов и марок электродов. Проще всего последовать рекомендациям изготовителя сварочных аппаратов и применять уже испытанные электроды.

Для сварки на переменном токе можно использовать электроды марок МРЗ, АНОЗ, ОЗС4, а для сварки на постоянном токе — УОНИ 13/45. Электроды АНО-21 и АНО-21М работают и на постоянном, и на переменном токе. Они обеспечивают стабильное горение дуги и прочное сварочное соединение, с которого шлак легко удаляется.

Различают электроды длиной 30 или 40 см, диаметром 1,5; 2; 3; 4 и 5 мм. Чем толще металлический лист, подвергаемый сварке, тем толще должен быть электрод и тем больше должна быть сила тока.

Режимы сварки

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров и форм.

При ручной дуговой сварке такими основными характеристиками являются диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль свариваемых кромок, род тока, полярность и другие. Поэтому основной задачей при назначении режима сварки является определение всех параметров с таким расчетом, чтобы в результате получить шов требуемых размеров и качества.

Одним из главных параметров режима сварки является диаметр электрода, так как его выбор в значительной мере предопределяет и другие характеристики режима. Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.

Практикой установлено, что наиболее оптимальные условия, обеспечивающие получение требуемых размеров и форм шва, имеют место при следующем сочетании толщины свариваемых деталей и диаметра электрода:       

  Толщина

свариваемой

детали, мм

  Диаметр

электрода, мм

1,5

1,6

2

2

3

3

4-5

3-4

6-8 

4

9-12 

4-5

13-15

5

16-20

5-6

20

6-10

Как правило, за один проход могут свариваться угловые швы с катетом не более 8 мм. При необходимости выполнения шва с большим катетом сварка ведется в два прохода и более.

После выбора диаметра электрода определяют силу сварочного тока.

Сила тока при дуговой сварке является одним из важнейших элементов технологического процесса, влияющих на производительность сварки и качество сварного соединения. Силу тока обычно выбирают в зависимости от диаметра электрода.

 От величины силы сварочного тока зависит качество сварного шва, поэтому следует выполнять рекомендации по выбору сварочного тока, которые обычно приведены в инструкции пользователя на сварочный трансформатор или выпрямитель. Если у вас нет под рукой этих рекомендаций, можно воспользоваться следующими указаниями: величину сварочного тока можно определить умножением диаметра электрода (дэл) в мм на плотность сварочного тока (1<), которая находится в пределах от 35 до 50 А/мм, к — эмпирический коэффициент, значение которого устанавливается в соответствии со следующими данными, А/мм: 

 Дэл      К
 1-2  25-30 
 2-4  30-40
 4-6  40-60

Если вы производите сварку электродом диаметром в 3 мм, то величину сварочного тока следует установить равной 3 мм х 35 А/мм = 105 А.

Нижний предел силы тока для данного диаметра электрода определяется возможностью устойчивого горения дуги. С целью повышения производительности разумно применять максимально большую силу тока. Однако чрезмерное повышение силы тока усиливает нагрев электродного стержня. При перегреве стержня покрытие растрескивается и осыпается, сильно возрастают потери от разбрызгивания, снижается устойчивость горения дуги и ухудшается формирование шва.

Если электроды отсырели, их следует в течение 30 минут при +250 °С высушить, например в духовке.

 

Техника электросварки

Подготовка сварного шва 

Перед сваркой края детали необходимо очистить от ржавчины, масла, грязи, краски и шлака.

Зажигание дуги 

Для каждого вида сварного шва следует выбрать соответствующий электрод, вставить его в электрододержатель и установить на трансформаторе силу тока, необходимую для выбранного электрода.     Закрепление сварочного кабеля 

Сварочный кабель закрепляют с помощью зажима прямо на изделии или на подставке, где зажато изделие, если подставка металлическая (токопроводящая). Кабель можно укрепить на петле сварочных клещей или на струбцинах, с помощью которых фиксируют деталь.

Зажигание дуги производится кратковременным прикосновением конца электрода к изделию.

Обычно зажигание дуги осуществляется либо прямым отрывом электрода после короткого замыкания, либо движением конца электрода по дуге с кратковременным касанием изделия. Практически используются оба способа. Первый обычно называют зажиганием впритык, второй — зажиганием спичкой.

В результате таких действий возникает электрическая дуга, которая не исчезает, если электрод держать на расстоянии 25 мм от детали.

Полярность тока также влияет на скорость зажигания дуги. При постоянном токе и обратной полярности (минус источника тока подключается к свариваемому изделию) скорость возбуждения дуги больше, чем на переменном.

Очень важно соблюдать правильный зазор, иначе дуга прервется или электрод прилипнет к детали. Для обеспечения качественного шва и уменьшения разбрызгивания металла сварку старайтесь вести на короткой дуге.

Немедленно после зажигания дуги начинается плавление основного и электродного металлов. На изделии образуется ванна расплавленного металла. Сварщик должен поддерживать горение дуги так, чтобы ее длина была постоянной. От правильно выбранной длины дуги сильно зависит качество сварного шва. Сварщик должен подавать электрод в сварочную ванну со скоростью, равной скорости плавления электрода. Умение поддерживать дугу постоянной длины характеризует квалификацию сварщика.

Номинальной считают длину дуги, равную 0,5 -1,1 диаметра стержня электрода. Увеличение длины дуги снижает устойчивость ее горения, глубину проплавления основного металла, повышает потери на угар и разбрызгивание электрода, вызывает образование шва с неравномерной поверхностью и усиливает вредное воздействие на расплавленный металл окружающей атмосферы.

Материал на концах дуги нагревается до температуры более 4200 °С, что приводит к быстрому расплавлению металла в этих зонах. Поэтому электрод следует перемещать вдоль свариваемых кромок с определенной скоростью. При этом образуются две зоны плавления: одна — на электроде, другая — на кромках свариваемых деталей. Они соединяются в одну зону, в которой смешиваются вместе металл детали и металл электрода. При перемещении дуги прежняя зона плавления кристаллизуется, образуя сварной шов. Образовавшийся шов называют наплавленным валиком.

Скорость сварки (скорость перемещения электрода вдоль свариваемых кромок) при ручной дуговой сварке обычно определяется с учетом необходимости получения слоя наплавленного металла, имеющего определенную площадь поперечного сечения.

При слишком медленном перемещении электрода вдоль стыка образуется очень большое количество жидкого металла, который затекает перед дугой, препятствует воздействию дуги непосредственно на свариваемые кромки, вызывает непровар и неудовлетворительное формирование шва.

 Чрезмерно быстрое перемещение электрода может вызвать непровар из-за недостаточного количества тепла, вводимого на единицу длины шва, а также приводит к получению слоя наплавленного металла очень малого сечения, в котором вследствие концентрации деформаций при охлаждении могут образоваться трещины. При слишком большой скорости сварки имеет место неудовлетворительное формирование шва.

При правильном выборе скорости сварки шлак полностью покрывает сварной шов, надежно защищая его от кислорода воздуха. Сварку можно прекратить, если, например, истекло время продолжительности работы или сгорел весь электрод. В таком случае электрод поднимают и дуга прерывается. Прежде чем продолжать на этом месте сварочную работу, после остывания сварного шва на конце наплавленного валика удаляют шлак. Затем на сварном шве зажигают дугу и продолжают сварку.

Наклон электрода при сварке влияет на качество сварного шва. Независимо от направления сварки положение электрода должно быть определенным: он должен быть наклонен к оси шва так, чтобы металл свариваемого изделия проплавлялся на наибольшую глубину. Для получения плотного и ровного шва при сварке в нижнем положении на горизонтальной плоскости угол наклона электрода должен быть 15° от вертикали в сторону ведения шва.

 

При сварке на постоянном токе необходимо учитывать его полярность, так как количество тепла, выделяемого на аноде (+), составляет 55%, а на катоде (-) — 45%. Ток обратной полярности (минус источника тока подключается к свариваемому изделию) применяется в следующих случаях:

 

 при сварке тонколистового металла (во избежание прожога);

 

 при применении электродов с тугоплавкими покрытиями.

Колебательные движения электрода 

Для получения валика нужной ширины производят поперечные колебательные движения электрода. Если перемещать электрод только вдоль оси шва без поперечных колебательных движений, то ширина валика определяется лишь силой сварочного тока и скоростью сварки и составляет от 0,8 до 1,5 диаметра электрода. Такие узкие валики применяют при сварке тонких листов, при наложении первого (корневого) слоя многослойного шва.

Чаще всего применяют швы шириной от 1,5 до 4 диаметров электрода, получаемые с помощью поперечных колебательных движений электрода.

Наиболее распространенные виды поперечных колебательных движений электрода при ручной сварке: прямые по ломаной линии, полумесяцем, треугольниками.

Поперечные движения по ломаной линии часто применяют при сварке листов встык без скоса кромок в нижнем положении. Движения полумесяцем применяют для стыковых швов со скосом кромок и для угловых швов с катетом менее 6 мм, выполняемых в любом положении электродами диаметрами до 4 мм. Движения треугольником рекомендуются при выполнении угловых швов с катетами шва более 6 мм и стыковых со скосом кромок в любом пространственном положении. В этом случае достигается хороший провар корня и удовлетворительное формирование шва.

Способы заполнения шва по сечению 

По способу заполнения швов по сечению различают однослойные, многослойные и многопроходные швы. Если число слоев равно числу проходов, то такой шов называют многослойным. Если некоторые из слоев выполняются за несколько проходов, то такой шов называют многопроходным. Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные — в угловых и тавровых. Многослойные и многопроходные швы необходимы при сварке стали толщиной 15 мм и более. В домашних условиях мастеру вряд ли придется столкнуться с такой проблемой. Если все же вам необходимо будет выполнить такие работы, наш совет — обратитесь к профессионалу, так как качественно выполнить такие швы без достаточного опыта невозможно.

Окончание шва 

В конце шва нельзя сразу обрывать дугу и оставлять на поверхности металла кратер, который может вызвать появление трещины в шве вследствие содержания в нем примесей, прежде всего, серы и фосфора. Лучшим способом окончания шва будет заполнение кратера металлом за счет прекращения поступательного движения электрода в сварочную ванну и медленного удлинения дуги до ее обрыва.

 Обратноступенчатая сварка 

В изделиях с длинными сварными швами вследствие поперечной и продольной усадки сварного шва и околошовной зоны основного металла возникают повышенные деформации. Во избежание подобных деформаций сварной шов выполняют короткими участками, а также ведут его обратноступенчатой (пильгерной) сваркой.

 Условно швы длиной до 250 мм считают короткими, длиной 250-1000 мм — средними и более 1000 мм — длинными. Короткие швы обычно сваривают напроход. Швы средней длины сваривают либо напроход от середины к краям, либо обратноступенчатым способом. Длинные швы также свариваются обратноступенчатым способом либо участками вразброс.

В некоторых случаях при определении длины ступени за основу принимают участок, который можно заварить одним электродом, для того чтобы переход от одного участка к другому совместить со сменой электрода.

Прилипание электрода 

Если электрод прилипает, то его отламывают энергичным рывком. В этой ситуации ни в коем случае нельзя выключать трансформатор. В крайнем случае от держателя отключают электрод, разъединяют его, чтобы нарушить цепь тока, так как каждое прилипание есть не что иное, как короткое замыкание, из-за которого трансформатор испытывает перегрузку. Такие сбои случаются даже у профессиональных сварщиков. Короткое замыкание может возникнуть и тогда, когда электрододержатель по ошибке положен на деталь.

Магнитное поле 

Неопытных сварщиков почти всегда удивляет то, что электрическая дуга вдруг начинает двигаться в сторону или выходит из-под контроля. Причина этого явления кроется в магнитном поле, которое возникает при электросварке. Следует проверить, каким образом можно противодействовать такому явлению: изменить положение электрода, перенести место подключения тока на деталь или убрать стальные детали, участвующие непосредственно в процессе сварки. В связи с возникновением магнитного поля место, где стоит трансформатор, должно быть очищено от металлической стружки, так как при включении трансформатора металлические стружки к нему притягиваются.

Отделочные работы 

В заключение сварной шов лучше всего обработать с помощью угловой шлифовальной машинки.

Ошибки при сварке швов 

В нижней части \/-образного шва очень часто возникают непровары, когда сварку проводят неправильно. Этот дефект можно исправить, если с обратной стороны сделать подварочный (корневой) шов.

Если при многопроходной сварке из наплавленных валиков не полностью удален шлак, то образуются шлаковые включения, которые снижают прочность шва. Если сварку производят при чрезмерном сварочном токе, то образуются так называемые зоны пережега, которые также снижают прочность сварного соединения. При малой силе сварочного тока металл недостаточно расплавляется и потому плохо сплавляется с электродным металлом, образуя непрочный шов.

 В данном тексте использованы материалы из книги К.Н. Борисовича «Слесарные работы».