Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая  сварка

Основателями способа  электродуговой сварки можно назвать  двух великих русских изобретателей  Н.Н Бенардоса и Н.Г. Славянова. Первым в мире выдвинул идею создания устройства для сварки металлическим электродом Н.Н Бенардос, он же с 1882 года на практике использовал для сварки батарею свинцово-кислотного аккумулятора. Первым же источник сварочного назначения в 1888 году создал Н.Г. Славянов, он применил генератор постоянного тока и для улучшения условий горения сварочной дуги включил в цепь балластный реостат.

С тех пор электродуговая сварка бурно развивалась, и на сегодняшний  день нет отрасли промышленного  производства, где бы не применялась технология электросварки. Источники питания для ручной дуговой сварки также прошли значительную эволюцию, начиная, от примитивного сварочного генератора 19 века, сварочного трансформатора 20-х годов и сварочного выпрямителя 50-х годов прошлого века, до современного сварочного инверторного аппарата.

С применением инверторных  технологий при изготовлении сварочной  техники ручная дуговая сварка переживает второе рождение. Инверторный сварочный  источник имеет ряд преимуществ  перед сварочными трансформаторами и выпрямителями:

- высокая маневренность  из-за малого веса и компактности  инвертора;

- экономия электроэнергии  за счет высокого КПД источника  питания;

- лучшие сварочные характеристики  дуги.

Благодаря этим преимуществам  продажа сварочных инверторов на сегодняшний день составляет около 50% от общего объема продаж сварочной  техники в мире и этот процент  с каждым годом увеличивается.

Ручная дуговая сварка металлическим покрытым (плавящимся) электродом, отличаясь высокой универсальностью и значительной мобильностью, обусловившими преимущественное использование ее в строительстве, имеет ряд технологических особенностей.

Ручная дуговая сварка металлическим покрытым (плавящимся) электродом, отличаясь высокой универсальностью и значительной мобильностью, обусловившими преимущественное использование ее в строительстве, имеет ряд технологических особенностей.

Способ позволяет без  замены сварочного инструмента и  оборудования (при надлежащем сварочном  режиме) выполнять швы различных  типов, сечения и назначения, а  также вести сварку в любом  пространственном положении и в  труднодоступных местах.

Широкое применение имеет  сварка электрической дугой прямого  действия. При этом сварщик поддерживает устойчивый процесс сварки непрерывной  подачей конца электрода в  зону горения дуги, не допуская значительных отклонений длины дуги. Наилучшие  результаты достигаются при сварке короткой дугой. В этом случае электрод плавится спокойно с небольшим разбрызгиванием, и обеспечивается хорошее проплавление основного металла. Нормальная длина  дуги обычно не превышает 0,5—1,1 диаметра электрода. При длинной дуге повышается окисление электродного металла, увеличивается  разбрызгивание, снижается глубина  провара, шов получается со значительными  включениями окислов.

При сварке соединений деталей  и узлов металлических строительных конструкций и изделий преимущественно  используют металлические покрытые электроды диаметром 3—6 мм. Основной объем работ выполняют при  токе 90—350 А и напряжении дуги 18—30 В.

Производительность ручной дуговой сварки существенно уступает производительности механизированных и автоматических способов дуговой  сварки, особенно при наложении длинных (более 1 м) швов большого сечения в  нижнем положении.

Качество швов и сварных  соединений, выполненных ручной дуговой  сваркой, в значительной степени  зависит от условий работ и  производственных навыков сварщиков.

В промышленном строительстве  ручная дуговая сварка применяется: при изготовлении и монтаже строительных и технологических металлических  конструкций; при изготовлении закладных  частей и деталей и выполнении монтажных соединений элементов  арматуры железобетонных конструкций; при сварке стыковых соединений труб и присоединений деталей и  узлов технологических, теплотехнических и магистральных трубопроводов; а также при производстве электромонтажных и санитарно-технических работ.

На процесс дуговой  сварки существенное влияние оказывают  протяженность и состояние электрической  сварочной цепи, а также организация  рабочего места сварщика.

На заводах и в мастерских рабочее место сварщика преимущественно  стационарное. Для размещения свариваемого изделия небольшого габарита в удобное  для сварки положение используется рабочий стол, к которому присоединен  один из проводов электрической сварочной  цепи. Вместо рабочего стола часто  пользуются сборочно-сварочными приспособлениями (кондукторы, кантователи и др.), в которых размещают свариваемые детали или конструкции.

На строительно-монтажных  площадках рабочее место сварщика нестационарно и меняется по мере перехода от сварки одной конструкции к другой.

Протяженность сварочных  проводов при этом может достигать 50 м и более. Падение напряжения в такой цепи, превышающее допустимые пределы (4—5%), будет оказывать отрицательное  влияние на технологические свойства сварочной дуги. В таких случаях  увеличивают сечение проводов сварочной  цепи или устанавливают источники  тока на более близком расстоянии от места работы сварщика. Для этих целей наиболее рационально использовать применяемые для строительно-монтажных  условий специальные малогабаритные передвижные помещения контейнерного  типа — машинные залы, в которых  размещают сварочное оборудование. Обычно в машзалах устанавливают один источник постоянного тока и один — переменного или один многопостовой (на 3—6 постов) сварочный выпрямитель.

Особенности сварочной  дуги постоянного и переменного  тока

С помощью источников постоянного  тока можно вести сварку при прямой или обратной полярности. Дуга прямой полярности (электрод — «минус», объект сварки — «плюс») обеспечивает более  глубокое проплавление основного металла; при дуге обратной полярности повышается скорость плавления электрода.

В табл.1 приведены данные о некоторых технологических  особенностях сварочной дуги постоянного  и переменного тока.

Табл.1. Технологические особенности сварочной дуги постоянного и переменного тока

Возникающее при постоянном токе «магнитное дутье» (при токе более 200 A) может вызвать сильное отклонение и блуждание сварочной дуги, вследствие чего увеличивается разбрызгивание, ухудшается качество шва и снижается  производительность.

Большинство современных  электродов общего назначения пригодно для сварки на любой полярности тока, вместе с тем имеется ряд марок  электродов, предназначенных для  сварки на какой-либо одной полярности.

Электроды, используемые при  сварке на переменном токе, обеспечивают вполне устойчивое горение дуги.

 

Подготовка металла  под сварку

К основным операциям подготовки металла под сварку относятся: правка и очистка проката; механическая или термическая резка при  заготовке деталей и полуфабрикатов; обработка кромок, подлежащих сварке.

Обработка кромок стыковых соединений заключается в отбортовке их при толщине металла до 4 мм или разделке кромок для создания скоса и притупления при большей толщине металла.

При дуговой сварке повышенные требования предъявляются к чистоте  кромок и поверхности прилежащих к ним зон свариваемых деталей.

В целях избежания образования в швах пор, шлаковых и других включений торцевые поверхности кромок и прилегающие к ним зоны металла шириной 25—30 мм подлежат очистке от ржавчины, краски, масляных и других загрязнений. Очистку выполняют металлическими щетками, абразивными материалами или инструментом, а также газопламенной обработкой.

При сборке конструкций, помимо применения инвентарных и других сборочных приспособлений, кондукторов  и кантователей, для фиксации взаимного расположения элементов конструкций и детален часто используют прихватки (короткие швы), осуществляемые ручной дуговой сваркой.

Длина швов-прихваток обычно 50—100 мм.

Размеры сечений прихваток  не должны превышать 1/3 основных швов (при  толщине свариваемого металла более 5 мм). Поверхность прихваток следует  зачищать от шлака и загрязнений. При выявлении дефектов их удаляют  абразивным инструментом и швы выполняют вновь.

В зависимости от формы  и взаимного расположения свариваемых  кромок, размеров поперечного сечения  шва и положения его в пространстве при ручной дуговой сварке осуществляют простые или сложные траектории движения рабочим (с горящей дугой) концом электрода, которые позволяют: управлять тепловым потоком, охлаждая металл при отводе дуги и увеличивая тепловое воздействие при прекращении  движения электрода; выполнять однопроходные швы различной формы и размеров сечения; уменьшать возможность натека или прожога металла; предотвращать стекание металла при наклонном или отвесном положении сварочной ванны.

При перемещении конца  электрода вдоль линии соединения без колебательных поперечных движений ширина валика шва не превышает 0,8—1,5 диаметра электрода. Поперечные движения конца электрода обеспечивают получение  валика увеличенной ширины.

Сварка стыковых швов

Стыковые соединения без  скоса кромок сваривают уширенным  швом с одной или двух сторон стыка.

Стыковые соединения с  разделкой кромок выполняют однослойными (однопроходными) или многослойными (многопроходными), в зависимости от толщины металла и формы подготовки кромок (рис.1).

Рис.1. Сварка стыковых швов

 а—г — формы поперечных сечений швов; 1—7 — порядок выполнения слоев шва; 0 — подварочный шов

Рекомендации по числу  слоев стыковых многослойных швов приведены в табл.2.

 

 

Табл.2. Число слоев при сварке стыковых и угловых швов

Сварку многослойных швов начинают, тщательно проваривая корень шва электродом диаметром не более 4 мм, а последующие швы наплавляют уширенными валиками, используя электроды  большего диаметра.

В ответственных конструкциях корень шва удаляют вырубкой зубилом  или газовым резаком для поверхностной  резки, а затем накладывают подварочный шов.

Сварка угловых  швов

Наилучшие результаты при  сварке угловых швов обеспечиваются при установке плоскостей соединяемых  элементов в положение «в лодочку» (рис.2,а), т.е. под углом 45° к горизонтали. При этом достигается хорошее проплавление угла и стенок элементов без опасности подреза или непровара, а также создается возможность наплавлять за один проход швы большого сечения. Однако не всегда можно установить соединяемые элементы в положение «в лодочку». В ряде случаев соединяемые элементы занимают иное положение в пространстве. Сварка таких угловых швов сопровождается дополнительными сложностями, так как возможны непровары вершины угла соединения или горизонтальной стенки, а так же подрезы стенки вертикального элемента. В этих случаях катеты однослойного углового шва не должны превышать 8 мм. Швы с катетами свыше 8 мм выполняют в два слоя и более (см. табл.2).

Рис.2. Сварка угловых швов

 а—г — формы поперечных сечений швов н положение деталей при сварке; 1—4 — порядок выполнения слоев шва

Угловые швы таврового  соединения с двумя симметричными  скосами одной кромки (см. рис. 2, г) сваривают в один слой или в несколько слоев в зависимости от толщины свариваемого металла.

Технология сварки угловых  швов в вертикальном и потолочном положениях существенно не отличается от сварки стыковых швов со скосом кромок. Для обеспечения необходимого провара  вершины угла первый слой выполняют  электродами диаметром 3—4 мм.

При сварке угловых швов нахлесточных соединений нельзя допускать излишнего проплавления (подреза) кромки верхнего элемента и наплыва металла (при недостаточном сплавлении) на плоскость нижнего элемента.

Сварка тонколистового металла

При дуговой сварке на весу стыковых соединений из металла толщиной 0,5—3 мм возможно сквозное проплавление дугой кромок с образованием отверстий, трудно поддающихся последующему исправлению. Вместе с тем из-за ограниченной возможности регулирования тепла  дуги прямого действия помимо прожогов в таких швах обнаруживаются непровары, шлаковые включения и другие дефекты.

Для обеспечения необходимого качества сварки тонколистовой стали  применяют отбортовку кромок, временные теплоотводящие подкладки, остающиеся стальные подкладки или расплавляемые элементы, электроды со специальным покрытием, специальное сварочное оборудование.

Сварку с отбортовкой кромок выполняют главным образом на постоянном токе металлическим или угольным электродом. Хорошие результаты достигаются при установке кромок в наклонное положение (45—65°) и при сварке на спуск.

Для подбора диаметра металлического электрода и тока при сварке стыковых соединений из тонколистовой стали  можно пользоваться данными табл.3. При сварке нахлесточных соединений ток увеличивают на 10—15, при сварке тавровых соединений — на 15—20%.

Табл.3. Режимы ручной дуговой сварки стыковых соединений из тонколистовой стали

Угольный электрод применяют  диаметром 6—10 мм, сварочный ток  должен быть 120—140 А, полярность прямая.

В качестве временных теплоотводящих подкладок используют массивные  медные и бронзовые плиты (бруски). Сборку осуществляют без зазора, обеспечивая  плотное прилегание свариваемых  листов к подкладке.

Для стыковых соединений применяют  стальную остающуюся подкладку, если это  допускается проектом. Сварку ведут  с проплавлением элементов из тонколистовой стали и приваркой  их к стальной подкладке. Применяют  также присадочный пруток или  стальную полосу, укладываемые вдоль  свариваемых кромок, которые расплавляют  дугой вместе с кромками основного  металла.