Электродуговая сварка покрытыми электродами

Ручная дуговая сварка — сварка, источником энергии которой является электрическая дуга.

Используется для сварки углеродистых сталей обычного качества, качественных сталей с различным содержанием марганца, низколегированных и легированных, жаропрочных и жаростойких сталей, чугуна и цветных металлов.

Требования к электродам, применяемым при сварке в России, описаны в ГОСТ 9466—75, ГОСТ 9467—75 и ГОСТ 10052—75.

Содержание

История [ править | править код ]

Ручная электрическая сварка с использованием угольных электродов изобретена в 1882 году учёным Н. Н. Бенардосом. Изобретение он запатентовал в Германии, Франции, России, Италии, Англии, США. В дальнейшем он разработал сварку дугой в защитном газе, контактную сварку.

Сварка плавящимся металлическим электродом изобретена учёным Н. Г. Славяновым в 1888 году.

Сущность [ править | править код ]

Для ручной дуговой сварки характерно зажигание дуги, производимое касанием электродов к металлическому изделию, поддержание длины дуги во время сварки и перемещение электродов. При протекании тока короткого замыкания электрод в месте касания нагревается до высокой температуры, зажигается дуга и производится сварка дугой с переносом материала электрода или проволоки в место сварки. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, используется защита места сварки газами (аргоновая сварка).

Ручная дуговая сварка разделяется на следующие виды:

  • одно, двух и многоэлектродную, используемую для ускорения работ и повышения производительности труда;
  • сварку при постоянном и переменном токе;
  • сварку однофазной и трёхфазной дугой.

В зависимости от длины свариваемого стыка и толщины свариваемого существуют разные способы ведения шва:

  • Короткие швы до 250 мм. делают способом – «на проход».
  • Швы средней длины от 250 до 1000 мм. выполняют от середины к краям ступенчатым способом по участкам.
  • Швы длинные делают обратноступенчатым способом от середины к краям.

Электроды [ править | править код ]

Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся и неплавящиеся электроды. Электроды изготовлены из проволоки и электродного покрытия.

Выбор электродов зависит от ряда факторов, в том числе присадочного материала, положения сварки и требуемых свойств сварного шва. Покрытие используют для поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия кислорода, азота, водорода в воздухе. Чтобы предотвратить сварочное загрязнение, в покрытие вводят раскислители для очистки сварного шва, что улучшает стабильность дуги и обеспечивает процесс легирующими элементами, улучшающими качество сварки.

Состав металла электродов схож или идентичен металлу основного материала. Но часто существует небольшое различие, которое сильно воздействует на свойства получаемого сварного шва. Например, электроды из нержавеющей стали иногда используются для сварки изделий из углеродистой стали и для сварки деталей из нержавеющей стали с углеродистой сталью.

В состав электродных покрытий могут входить рутил, фторид кальция, целлюлоза, порошок железа и др. Рутиловые электроды с покрытием с 25% -45% TiO2 , характеризуются простотой в использовании и хорошим внешним видом получаемого шва. Тем не менее, получаемые с их использованием сварные швы имеют высокое содержание водорода, что приводит к хрупкости шва. Электроды, содержащие фторид кальция (CaF2) являются гигроскопичными и должны храниться в сухих условиях. Они производят прочные сварные швы, но с грубой и выпуклой поверхностью. Электроды, покрытые целлюлозой, особенно в сочетании с рутилом, обеспечивают глубокое проникновение сварного шва в изделие. При это необходимо предпринимать специальные меры для предотвращения образования трещин. В международной практике приняты следующие сокращения для обозначения типа покрытия сварочных электродов для ручной дуговой сварки:

  • A – Кислое; RA – Рутилово-кислое;
  • B – Основное; RB – Рутилосновное;
  • C – Целлюлозное; RC – Рутилцеллюлозное;
  • R – Рутиловое; RR – Рутиловое толстое;
  • S – другое.

Для идентификации электродов, американское сварочное общество присвоило электродам четырех- или пятизначные номера и буквы. Обозначение электродов, изготовленных из мягкой и низколегированной стали начинается с буквы Е, затем следует число. Первые две или три цифры номера указать предел прочности на разрыв металла сварного шва, в тысячу фунтов на квадратный дюйм. Предпоследняя цифра 1 – быстро затвердевающие электроды, 2 – быстро заполняющие электроды для горизонтальной сварки. Сварочный ток и тип покрытия электрода определяются последними двумя цифрами.

В России электроды, предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей, а также легированных с повышенной и высокой прочностью маркируются так: первым ставится индекс Э – электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; последующие цифры обозначают предел прочности при растяжении в кгс/мм2; индекс А информирует, что металл шва имеет повышенные свойства по пластичности и ударной вязкости.

Электроды для сварки теплоустойчивых, высоколегированных сталей и для наплавки, имеют обозначения: индекс Э – электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; дефис; последующие цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента; следующие буквы и цифры, определяют содержание химических элементов в процентах [1] .

В России покрытые электроды для ручной дуговой сварки или наплавки регламентируются следующими стандартами:

  • ГОСТ 9466*75 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки и наплавки. Классификация и общие технические условия";
  • ГОСТ 9467*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей";
  • ГОСТ 10052*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами";
  • ГОСТ 10051*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами".
Читайте также:  Станкостроительные заводы россии список

В международной практике действующими стандартами на электроды являются стандарты ISO:

  • ISO 2560*73 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Система условных

обозначений" устанавливает систему условных обозначений электродов в зависимости от состава покрытия и характеристик металла сварного шва. Распространяется на покрытые электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки мало*углеродистых и низколегированных сталей с прочностью от 490 до 590 Н/мм2.

  • ISO 3580*75 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки теплоустойчивых сталей. Система условных обозначений".
  • ISO 3581*76 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки коррозионностойких и других высоколегированных сталей. Система

Источники питания [ править | править код ]

В качестве источников питания для проведения ручной дуговой сварки используются понижающие трансформаторы с низким выходным напряжением и большим допустимым током в сотни ампер. При сварке на постоянном токе используются выпрямители, которые преобразует переменный ток в постоянный ток. В результате, вместо 220 В при 50А, получаемых от сети, мощность, напряжение от трансформатора составляет около 17-45 В при токах до 600 А. Используются различные типы трансформаторов, в том числе инверторные машины. Ток от трансформаторов регулируется разными способами: изменения числа витков в катушке или путем изменения расстояния между первичной и вторичной катушками (в подвижной катушке или c подвижным сердечником). Инверторные источники питания имеют меньшие размеры и вес. В них используется высокочастотное преобразование напряжения сети.

Электрические генераторы и генераторы переменного тока также используются в качестве портативных сварочных источников питания, но из-за низкой эффективности и больших затрат, они реже используются в промышленности.

Разновидности [ править | править код ]

Ручная дуговая сварка классифицируется:

  • по виду электрода. Электроды могут быть плавящиеся и неплавящиеся.
  • по виду дуги (свободная или сжатая)
  • по воздействию дуги на металл (прямого или косвенного действия, трёхфазной дугой).

Ручная дуговая сварка возможна при разных положениях сварного шва в пространстве. В международной практике приняты правила определения и обозначения пространственного расположения шва согласно стандарту EN ISO 6947 – Швы. Рабочее положения. Определение углов наклона и поворот [2] . Обозначения, согласно стандарту следующие:

  • PA – cварка в нижнем положении стыкового соединения или таврового соединения в положении "в лодочку";
  • PB – cварка в нижнем положении таврового соединения в положении "в угол";
  • PC – cварка горизонтального шва стыкового соединения на вертикальной плоскости;
  • PD – cварка углового шва в потолочном положении в положении "в угол";
  • PE – cварка стыкового соединения в потолочном положении;
  • PF – cварка вертикального шва снизу вверх;
  • PG – cварка вертикального шва сверху вниз.

При сварке электроды перемещаются в трех направлениях: по оси электрода – для поддержания длины дуги; вдоль оси валика – для образования шва; поперек шва – для получения нужной ширины шва и глубины проплавления.

Преимущества [ править | править код ]

  • допускается сварка в труднодоступных местах;
  • сварка в любых положениях в пространстве (под углом, вертикальная);
  • сварки большого вида сталей, чугуна, цветных металлов, из-за широкого выбора разных марок электродов;
  • простота и дешевизна сварочного оборудования.

Недостатки [ править | править код ]

  • качество соединений зависит от квалификации сварщика;
  • низкий КПД и производительность по сравнению с иными технологиями сварки;
  • вредные условия процесса сварки для окружающих;
  • влияние магнитного дутья (отклонение дуги под действием возникающих магнитных полей) на сварочный процесс при постоянном токе.

Оборудование [ править | править код ]

Для ручной дуговой сварки используют трансформаторы, выпрямители, генераторы, электрододержатели, маски сварщика.

В настоящее время чаще используются более лёгкие по весу сварочные инверторы, которые производятся разными фирмами в большом разнообразии. Сварочные трансформаторы имеют больший вес и большую надежность.

Сварочные маски со светофильтром защищают глаза сварщика от вредного воздействия сильного ультрафиолетового излучения, возникающего при сварке. В настоящее время получили распространение маски «хамелеон» с автоматическими светофильтрами, включаемыми при зажигании дуги и выключаемые при её погасании [3] .

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами представляет собой дуговую сварку с использованием покрытых электродов, с их ручной подачей сварщиком в зону сварки и перемещением дуги вдоль соединяемых кромок. В результате расплавления кромок металла и плавления электродного стержня происходит образование сварного шва.

Источник нагрева – электрический разряд (сварочная дуга) между деталью и электродом, происходящий при прохождении электрического тока в среде, заполненной воздухом или газом.

Процесс требует защиты сварочной ванны от внешнего воздействия газов воздуха во избежание их проникновения в расплавленный металл, что может привести к ухудшению качества шва. Одним из видов защиты зоны дуги является применение покрытых электродов.

  • универсальность;
  • простота;
  • возможность сварки в любом положении в пространстве и труднодоступном месте.

К недостаткам относятся зависимость качества работы от квалификации сварщика и невысокая производительность процесса.

Где применяется

Метод применяется для изготовления металлических конструкций в сферах:

  • автомобилестроения;
  • энергетики;
  • строительства;
  • нефтехимии.

Способ распространен при ремонте различных изделий и элементов.

Виды и характеристика покрытых электродов

Элемент имеет вид металлического стержня с покрытием. Для обмазки его поверхности используют порошок из смеси разных составляющих. Технологические качества покрытого электрода зависят от состава покрытия и качества его нанесения.

Стержни классифицируют по нескольким признакам.

По назначению:

  1. У – для соединения углеродистых и низколегированных сталей.
  2. Л – конструкционных сталей с легирующими добавками.
  3. Т – легированных теплоустойчивых сталей.
  4. В – высоколегированных сталей со специфическими свойствами.
Читайте также:  Как правильно проверить сопротивление мультиметром

По толщине обмазки: тонкая, средняя, толстая и особо толстая.

По видам покрытия:

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

Кислые (А)

  • руды и материалы с большим содержанием кислорода (гранит, гематит) – обеспечивают шлаковую защиту;
  • ферросплавы – восстанавливают железо из оксидов и удаляют кислород;
  • примеси органической природы (декстрин, крахмал) – газовая защита.

Сварку такими электродами можно проводить во всех положениях с постоянным и переменным источниками питания.

Не применяется в стесненных условиях.

Основные (Б)

В состав обмазки входят:

  • ферросплавы;
  • фтористокальциевые соединения.

Назначение – сварка в любом положении постоянным током. Применение переменного тока требует добавления в покрытие стабилизаторов.

Основные электроды используют для сварки конструкций ответственного назначения из легированных и низкоуглеродистых сталей и деталей с большим сечением.

С целлюлозным покрытием (Ц)

  • оксицеллюлозу;
  • ферросплавы;
  • рутил.

Электроды подходят для сварки постоянным током в любом пространственном расположении.

Их часто применяют для соединения стыков трубопроводов.

Рутиловые (Р)

В состав входят:

  • рутиловый концентрат (оксид титана);
  • карбонаты кальция (мусковит, мрамор, тальк, магнезит, целлюлоза, ферросплавы).

Электроды применяют для соединения низкоуглеродистых сталей током переменным и постоянным в любом размещении в пространстве.

Необходимое оборудование

Метод требует наличия:

  1. Источника питания (сварочный трансформатор).
  2. Ограничителя напряжения.
  3. Сварочного кабеля.
  4. Балластного реостата.
  5. Рабочего стола.
  6. Держателя электрода.
  7. Пусковой аппаратуры.
  8. Приспособлений для сварки и сборки.

Помимо основного оборудования, необходимы: светофильтры, щитки и шлемы, одежда и инструмент сварщика.

Технология сварки

По положению в пространстве швы бывают таких видов:

  • нижние;
  • вертикальные;
  • потолочные;
  • горизонтальные.

Друг от друга они отличаются углами, под которыми расположена поверхность свариваемого элемента. Качество формирования шва зависит от угла наклона электрода к направлению сварки и свариваемому изделию.

Нижние швы

Стыковой шов, выполняемый в нижнем положении, получается качественным. Технология его выполнения несложная.

Чтобы сварщику четко видеть зону соединения, наложение валика рекомендуется выполнять по направлению к себе или слева направо. Ширина валика, отвечающая 3-4 диаметрам электрода, считается нормальной.

Однопроходная сварка с v-образной разделкой кромок проводится способом поперечных колебаний электрода на полную ширину. Дуга должна перемещаться со скоса кромок на участок необработанной плоскости металла. Трудность может заключаться в обеспечении по всей длине равномерности проварки шва. Сварка такого шва несколькими проходами лучше обеспечивает провар первого слоя.

Швы с х- или u-образной разделками кромок выполняются аналогично. Отличие – каждый последующий шов накладывают навстречу предыдущему. Сварка нижних стыковых соединений преимущественно выполняется на съемной медной или стальной подкладке. В местах поворота шов заваривается без отрыва дуги.

Угловое соединение в нижнем положении выполняется способами «в симметричную» или «несимметричную лодочку». Для качественного выполнения работы сварку ведут стержнем с опиранием козырька на кромки. При выполнении углового соединения наклонным электродом рекомендуется применять технику «углом назад».

Соединение без скоса кромок производится одним слоем поперечными движениями стержня «треугольником». Угловой шов нахлесточного соединения производится в один слой электродом диаметром до 5 мм.

Вертикальные

Техника формирования стыковых и угловых швов – снизу вверх. Вначале создается металлическая горизонтальная площадка, сечение которой равно сечению материала шва. Движения электродом – поперечные, треугольником. При проварке корня шва рекомендуется задерживать горение дуги. Наибольший провар корня достигается при перпендикулярном положении стержня к вертикальной оси.

Сварка с применением электродов большого диаметра и высоких значений тока затруднительна по причине стекания металла и плохого формирования шва. В связи с этим используют электроды до 4-5 мм диаметром. Сварочный ток по сравнению с нижней сваркой понижается на 10%.

Вертикальную сварку в направлении сверху вниз выполняют электродами, которые дают тонкий слой шлака (целлюлозные, пластмассовые покрытия органического типа).

Потолочные

Из-за возможного вытекания жидкого металла из ванны сварка потолочных швов трудоемка. По этой причине работы выполняются короткой дугой. Характерные моменты потолочной сварки:

  • снижение на 15-20% сварочного тока по сравнению с нижним положением;
  • для сварки металла толщиной 8 мм и более применяют многопроходные швы;
  • диаметр электродов составляет 3-4 мм;
  • возможно использование метода с опиранием на покрытие стержня.

Горизонтальные

Выполнение стыковых горизонтальных швов по сравнению с вертикальными более затруднительно.

Во время работы жидкий металл из ванны вытекает на нижнюю кромку. Поэтому требуется скос верхней кромки. На нижней кромке возбуждается дуга, после чего электрод перенаправляется на верхнюю кромку.

Такие швы можно выполнять стержнем, расположенным вертикально, и углом назад, углом вперед.

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.

Читайте также:  Импульсная сварка своими руками схема устройство

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:

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.



Ссылка на основную публикацию
Adblock detector