Ручная дуговая сварка покрытым электродом

Рисунок 1- Схема ручной дуговой сварки покрытыми электродом:

1 - сварочная дуга; 2 - электрод; 3 - электрододержатель; 4 - сварочные провода; 5 - источник питания; 6 - свариваемая деталь; 7 - сварочная ванна; 8 - сварной шов; 9 - шлаковая корка; стрелки показывают направление движения электрода в процессе сварки.

Ручная дуговая сварка (РДС) покрытым электродом как наиболее универсальная занимает наибольший объем среди всех способов сварки. Способ позволяет выполнять швы различных типов и назначения, а также вести сварку в любом пространственном положении в цеховых и монтажных условиях. Покрытыми электродами сваривают черные и цветные металлы и различные сплавы, выполняют наплавку слоев с особыми свойствами. Качество сварных соединений, выполненных РДС, в значительной степени зависит от условий работы и производственных навыков сварщика.

РДС - дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача электрода и его перемещение производится вручную. Возбуждение дуги происходит при кратковременном замыкании электрической сварочной цепи между изделием и концом электрода и быстром отводе электрода на расстояние 2-4 мм, в результате чего в парогазовом промежутке возникает дуговой разряд. Для возбуждения и стабильного горения дуги используют специальные источники постоянного и переменного тока с крутопадающей внешней вольт-амперной характеристикой. Теплота, выделяющаяся в дуговом разряде, обеспечивает плавление стержня и покрытия электрода и металла соединяемых деталей.

В процессе сварки электрод перемещают по направлению к изделию по мере плавления электрода, вдоль свариваемых кромок и поперек соединения для получения необходимых формы и сечения шва.

При плавлении стержня капли жидкого электродного металла проходят через дуговой промежуток. Размер капель и частота переноса зависит от параметров режима сварки.

Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакивает капли электродного металла, но не полностью предохраняет металл от взаимодействия с атмосферой, поэтому необходима и газовая защита.

Основной и электродный металлы расплавляются, образуя сварочную ванну. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно не превышают следующих значений: по глубине проплавления - 7 мм, по ширине - 15 мм и по длине - 30 мм. Шлак с каплями электродного металла попадает в сварочную ванну и всплывает на ее поверхности. По мере удаления дуги расплавленный металл сварочной ванны охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов. Жидкий шлак, покрывающий ванну, также затвердевает и на поверхности шва появляется твердая шлаковая корка, удаляемая после сварки.

Основными преимуществами способа являются универсальность и простота оборудования. Недостатки- низкая производительность и применение ручного труда. Низкая производительность обусловлена малыми допустимыми значениями плотности тока и тем, что металл шва формируется в основном за счет электродного металла.

Ограничение по плотности тока вызвано низкой допустимой температурой нагрева электрода. При большой силе тока наблюдается перегрев электрода, в результате чего ухудшаются защитные свойства покрытия, наблюдается его осыпание со стержня.

Формирование шва в основном за счет электродного металла объясняется невысокой глубиной проплавления при сварке. В этих условиях определяющим с точки зрения производительности процесса становится коэффициент наплавки.

СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Рисунок 2 - Схема дуговой сварки под флюсом:

1 - источник тока; 2 - скользящий контакт(токоподвод); 3 - подающий ролик; 4 - электродная проволока; 5 - парогазовый пузырь; 6 - флюс; 7 - расплавленный флюс; 8 - затвердевший шлак; 9 - свариваемый металл; 10 - сварочная ванна; 11 - сварочная дуга; V_св, V_под - скорость сварки и подачи электродной проволоки; h - глубина проплавления основного металла.

Дуговая сварка под флюсом- это дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. Процесс отличается от других видов сварки наибольшей производительностью, высоким уровнем механизации сварочных работ и лучшими гигиеническими условиями труда. Экономичность процесса определяется снижением расхода сварочных материалов за счет сокращения потерь металла на угар, разбрызгивание и лучшего использования тепла дуги.

Сварку под флюсом применяют для изготовления машиностроительных изделий, крупногабаритных резервуаров, строительных конструкций и труб из сталей, никелевых сплавов, меди, алюминия, титана и их сплавов.

При этом способе сварки электрическая дуга горит под слоем сварочного флюса между электродной проволокой и свариваемым металлом. Флюс засыпают впереди дуги из бункера слоем толщиной 40...80 и шириной 40...100 мм. Ролики специального механизма подают электродную проволоку в дугу. Дуга перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма или вручную. Сварочный ток переменный или постоянный, прямой или обратной полярности.

Сварочная дуга горит в газовом пузыре, образованном в результате плавления флюса и металла и заполненном парами металла, флюса и газами. Перенос электродного металла осуществляется каплями. Жидкая пленка флюса изолирует от воздуха зону сварки, а затвердевший флюс образует на поверхности шва шлаковую корку. Масса флюса, идущего на шлаковую корку, обычно равна массе расплавленной сварочной проволоки.

По сравнению с РДС производительность увеличивается в 5...12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только на участке от токоподвода до дуги, длинна которого не превышает 70 мм. Поэтому можно использовать повышенные плотности тока. Появляется возможность сваривать металл повышенной толщины без разделки кромок или уменьшить угол разделки кромок. Металл шва на 70%...80% состоит из переплавленного основного металла. В результате скорость сварки может быть значительно увеличена.

Высокое качество достигается за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его легирования расплавленным шлаком. Наличие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла и скорость охлаждения. В результате металл шва не имеет пор и количество неметаллических включений снижено.

Однако повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса делает возможной сварку только в нижнем положении при отклонении плоскости шва от горизонтальной не более чем на 10...15 градусов.

Наиболее часто сварку ведут одним электродом или одной дугой. Для расширения технологических возможностей и повышения производительности сварки можно использовать несколько одновременно горящих дуг.

При многоэлектродной сварке питание дуг осуществляется от одного ИП. При многодуговой сварке каждый электрод присоединен к отдельному ИП.

СВАРКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ

Сварка в защитных газах — это дуговая сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств.

Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электродом (рис. 3). В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной проволоки. В процессе сварки плавящимся электродом металла шва образуется при участии электродного и основного металлов.

Рисунок 3 - Схема сварки в среде защитных газов плавящимся(а) и неплавящимся(б) электродом:

1 - сопло горелки; 2 - свариваемая деталь; 3 - дуга; 4 - сварной шов; 5 - плавящийся электрод; 6 - подающий механизм; 7 - неплавящийся электрод; 8 - присадочный материал

Наиболее распространенной является струйная местная защита потоком газа, истекающим из сопла сварочной горелки. Качество струйной защиты зависит от конструкции и размеров сопла, расстояния от среза сопла до поверхности свариваемого материала и расхода защитного газа.

Для улучшения струйной защиты на входе в сопло горелки устанавливают мелкие сетки и пористые материалы, позволяющие дополнительно выравнивать поток газа на выходе из сопла. Расход защитного газа должен обеспечивать ламинарное течение струи.

В зону сварки защитный газ может подаваться концентрично вокруг дуги, а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбоку.

Наиболее надежная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, предварительно вакуумированных и затем заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких пластичных, обычно прозрачных, материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком.

Вкачестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующие с металлом при сварке, и активные газы (углекислый газ, кислород, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси. Защитный газ определяет физические, металлургические и технологические характеристики способа сварки и выбирается в зависимости от состава свариваемых материалов и требований, предъявляемых к сварным соединениям.

Для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления или изменения формы шва металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки применяют смеси инертных газов с активными газами.

Механизированную сварку в защитных газах обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять на остающихся или съемных подкладках, снабженных устройствами для подачи газа. Такие подкладки улучшают формирование корня шва, а при сварке активных металлов способствуют защите нагретого твердого металла от воздействия воздуха. Подаваемые в подкладку газы по составу аналогичны газам, применяемым для защиты зоны сварки.

Преимущества и недостатки способа.Основными преимуществами способа сварки в защитных газах являются следующие:

• высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и их сплавов разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;

• возможность сварки в различных пространственных положениях; отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;

• возможность наблюдения за образованием шва и легкость механизации и автоматизации процесса.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги, возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи и, в некоторых случаях, трудность осуществления водяного охлаждения горелок.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА

К основным параметрам режимов сварки в защитных газах относятся: диаметр неплавящегося электрода или электродной проволоки, сварочный ток, род тока и полярность, напряжение дуги, скорость подачи электродной и присадочной проволоки, скорость сварки. Дополнительными параметрами режима являются вылет электрода, расход защитного газа, наклон электрода вдоль оси шва, частота и амплитуда поперечных колебаний.

Диаметр неплавящегося (вольфрамового) электрода обычно выбирают в пределах 1...6 мм в зависимости от требуемого значения сварочного тока. При этом следует учитывать, что допустимая плотность тока уменьшается от 6 А/мм²при постоянном токе прямой полярности до 2,5 А/мм²при переменном токе и до 0,5 А/мм² при постоянном токе обратной полярности и зависит также от состава защитного газа.

Диаметр электродной проволоки выбирают в пределах 0,5...3 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и положения в пространстве. С уменьшением диаметра проволоки при прочих равных условиях повышается устойчивость горения дуги, увеличиваются глубина проплавления и коэффициент наплавки.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла, требуемой глубины проплавления и диаметра электрода. С увеличением сварочного тока повышается глубина проплавления. Это приводит к увеличению доли основного металла в шве. Ширина шва изменяется мало. Род тока и полярность определяется материалом электрода и изделия.

Напряжение дуги устанавливается в зависимости от выбранного сварочного тока. С ростом напряжения дуги глубина проплавления уменьшается, а ширина шва увеличивается. Чрезмерное увеличение напряжения дуги при сварке плавящимся электродом сопровождается повышенным разбрызгиванием, ухудшением газовой защиты и образованием пор в наплавленном металле.

Скорость подачи электродной проволоки связана со сварочным током. Ее устанавливают с таким расчетом, чтобы в процессе сварки не происходило коротких замыканий и обрывов дуги и плавление электрода было устойчивым.

Скорость сварки устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла с учетом требуемой формы шва. С увеличением скорости уменьшаются все геометрические размеры шва. При большой скорости сварки ухудшается защита зоны плавления. Малая скорость сварки приводит к увеличению объема и перегреву металла сварочной ванны.

Величина вылета электрода, а также расстояние от сопла горелки до поверхности металла зависит от выбранного диаметра неплавящегося электрода или электродной проволоки. С увеличением вылета электрода ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание при сварке плавящимся электродом.

Расход защитного газа зависит в основном от тепловой мощности дуги или от силы тока. Скорость сварки, конфигурация изделия и наличие движения воздуха в цехе, ветра, сквозняков также должны быть учтены при выборе расхода газа. Расход гелия из-за его меньшей плотности должен быть увеличен по сравнению с аргоном или углекислым газом.

Наклон электрода вдоль оси шва оказывает влияние на глубину проплавления и качество шва. При сварке углом вперед ширина шва возрастает, а глубина проплавления уменьшается. Сварку углом вперед применяют при небольших толщинах металла, когда существует опасность прожога. При сварке углом назад повышается глубина проплавления.

Поперечные колебания электрода влияют на форму шва и проплавления и размеры сварочной ванны. С ростом амплитуды колебаний увеличивается ширина шва и снижается глубина проплавления по оси шва. Изменение частоты колебаний позволяет регулировать объем расплавленного металла сварочной ванны.