Ручная электродуговая сварка

Ручная электродуговая сварка

Режимы ручной сварки. Для получения качественного сварного шва нужно правильно выбрать режим сварки, определяемый диаметром электрода, величиной сварочного тока и длиной дуги.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла и типа сварного соединения. При этом можно руководствоваться ориентировочно следующими данными:

Толщина металла, мм	0,5	1—2	2—5	5—10	Свыше 10
Диаметр электрода, мм	1,5	2—2,5	2,5—4,0	4—6	4—8

 

Величина сварочного тока зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, скорости сварки, положения шва в пространстве, толщины и вида покрытия электрода, его диаметра. Практически величину сварочного тока при сварке электродами из малоуглеродистой стали можно определять по формуле

где d — диаметр электрода, мм.

Величина сварочного тока влияет не только на глубину провара, но и на форму шва. При ширине шва, равной 3—4 диаметрам электрода, форма шва наиболее благоприятна.

Длина дуги существенно влияет на качество шва: чем короче дуга, тем выше качество наплавленного металла. Длину дуги определяют по формуле

где d — диаметр электрода, мм.

Обычно сварку ведут при токах свыше 50 А. При величине сварочного тока более 100 А напряжение горения дуги зависит только от длины дуги и определяется по формуле

где α — коэффициент, характеризующий падение напряжения на электродах (при стальных электродах α = 10/12, при угольных α = 35/38; β — коэффициент, характеризующий падение напряжения на 1 мм длины столба дуги; β = 2,0—2,5.

Напряжение зажигания дуги для постоянного тока равно 40—60 В; для переменного 50—70 В.

Производительность сварки зависит от затрачиваемого времени и диаметра электрода. Полное время определяют по формуле

где t0 — основное время горения дуги, ч;   — коэффициент загрузки сварщика, равный 0,4—0,8 в зависимости от вида производства и характера выполняемой работы.

Основное время горения дуги можно определить по формуле

где Q — количество наплавленного металла, г; I — сварочный ток, A;  H — коэффициент наплавки, т. е. количество электродного металла в граммах, наплавленное в течение I ч, приходящееся на 1 А сварочного тока с учетом марки электрода, потери металла на угар и разбрызгивание; для тонкообмазанных электродов  H = 7—8 г/А×ч, а для толстообмазанных  H = 10—12 г/А×ч и выше.

Массу наплавляемого металла определяют по формуле

где  P — коэффициент расплавления (8—14 г/А×ч); I — сварочный ток, А.

Скорость сварки

где L — длина шва, м.

Расход электродов (на угар, разбрызгивание и огарки) составляет до 25% всей массы электродов. Расход электроэнергии при ручной сварке на постоянном токе составляет 7—8 кВт×ч/кг, а на переменном - 3,5 кВт×ч/кг наплавленного металла.

Оборудование рабочего места для ручной сварки состоит из сварочного аппарата постоянного или переменного тока, сварочного стола, стеллажа, предохранительного щитка, электродержателя и различных сборочно-сварных приспособлений. Рабочий пост сварщика находится в изолированной кабине, снабженной приточно-вытяжной вентиляцией.

Техника ручной сварки. Дугу можно возбудить двумя способами: прикосновением торца электрода к свариваемому изделию с последующим его отводом на расстояние 3—4 мм; быстрым боковым движением электрода по направлению к свариваемому изделию с последующим отводом (подобно зажиганию спички). Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным: иначе он приваривается к изделию.

Длина дуги значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и обеспечивает получение высококачественного сварного шва, так как расплавленный металл быстро проходит воздушный промежуток и меньше окисляется и азотируется. Для правильного формирования шва при сварке плавящимся электродом его необходимо держать наклонно по отношению к поверхности свариваемого металла (под углом 15—20° от вертикали). Изменяя угол наклона электрода, можно регулировать глубину расплавления основного металла и влиять на скорость сварки и охлаждения наплавленного металла.

При сварке тонких листов накладывают шов в виде узкого валика (шириной 0,8—1,5 диаметра электрода). При сварке толстых листов применяют уширенные валики. При таких швах конец электрода совершает три движения: поступательное вдоль оси электрода, поступательное вдоль линии шва и поперечно-колебательные движения. Последние улучшают прогрев кромок шва, замедляют остывание ванны наплавленного металла, устраняют непровар и обеспечивают получение однородного шва. Схема различных колебательных движений конца электрода показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема движения электрода при ручной электродуговой сварке

Сварку встык без разделки кромок (рис. 2, а) производят преимущественно сквозным проплавлением с одной стороны шва. В этих случаях рекомендуется применять подкладки (стальные, медные). Иногда, если возможно, шов подваривают узким валиком с обратной стороны.

При сварке встык шва с V-образной разделкой (рис. 2, б, дугу зажигают вблизи скоса кромок и наплавляют валик металла. В зависимости от толщины листа и диаметра электродов шов выполняют за один или несколько проходов.

При многослойной сварке каждый слой тщательно очищают. Число слоев определяют исходя из диаметра электрода. Толщина слоя равна (0,8/1,2)dэл.

Для сварки Х-образных швов (рис. 2, е) с целью уменьшения деформации слои накладывают попеременно с обеих сторон разделки.

При образовании углового шва (рис. 2, г, д) электрод ставят под углом 45° к поверхности детали. Применяя повышенные величины тока (во избежание непровара шва), обе свариваемые поверхности наклоняют к горизонтальной плоскости под углом 45° (сварка в лодочку, рис. 2, е).

Рис. 2. Схема наложения валиков для стыковых и угловых швов

При сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости (рис. 3, а) разделку дают лишь верхнему листу, дугу возбуждают на нижней кромке, затем постепенно переходят на скошенную верхнюю кромку.

Вертикальные швы сваривать труднее вследствие стекания расплавленного металла вниз. Для уменьшения стекания металла работу ведут короткой дугой и в направлении снизу вверх (рис. 3,6), за исключением листов с толщиной до 1,5 мм.

Сварку потолочных швов (рис. 3, в) производят очень короткой дугой (короткое замыкание электрода на деталь). Применяют электроды с тугоплавкой обмазкой, которая образует вокруг электродов «втулочку», содержащую направленный газовый поток, удерживающий электродный металл.

Рис. 3. Схематическое изображение работы при сварке различных швов: 1, 2. 3 — положение Электрода; 4 — обмазка

Увеличение длины дуги до 6—10 мм не оказывает заметного влияния на качество сварного шва. При сварке угольным электродом на постоянном токе прямой полярности расход этого электрода незначителен; при работе на обратной полярности может происходить науглероживание металла.

Для изделий с отбортованными кромками при толщине листов 3 мм сварку угольным электродом производят без присадочного материала, а для изделий из листов толщиной более Змм — с подачей присадочного прутка в дугу.

Кроме дуги прямого действия можно пользоваться дугой косвенного действия. В этом случае применяют два угольных электрода, укрепленных в специальном держателе.

Производительность сварки угольным электродом без присадки металла при толщине стали 1—3 мм достигает 50—60 м/ч. Диаметр угольного электрода изменяется в пределах 10—25 мм при величине тока 200—600 А.

Прогрессивные методы ручной сварки. Применение новых скоростных методов позволяет повысить коэффициент использования сварочного поста и резко увеличить производительность ручной сварки. Важнейшими технологическими приемами скоростной сварки являются: сварка с глубоким проплавленном, сварка спаренным электродом, пучком электродов, многоэлектродная сварка, сварка трехфазной дугой лежачим электродом и т. д.

Сварка глубоким проплавлением (проваром) (рис. 4, а) повышает производительность на 150—200%. Электроды покрывают качественным покрытием 1 (обмазкой) с более высокой температурой плавления, чем у металла электродного стержня 2. Расплавившийся металл 3 находится внутри сбмазки 4, имеющей вид конусной втулочки, опирающейся на поверхность свариваемого изделия 5. Эта втулочка предохраняет от короткого замыкания, облегчает ведение процесса, позволяет лучше использовать тепло дуги и обеспечивает более глубокий провар.

При сварке спаренным электродом два Электрода соединяют вместе так, чтобы один оказался длиннее другого на 30—40 мм; к длинному стержню подводят ток. Затем на электроды наносят общий слой покрытия (обмазки). Дуга образуется между длинным стержнем и изделием, а короткий стержень расплавляется за счет избыточного тепла дуги.

Разновидностью сварки спаренным электродом является сварка пучком электродов (3—4 шт.). При определении величины тока принимается суммарный диаметр пучка электродов, т. е.

Схема сварки пучком электродов показана на рис. 4, б. При возбуждении дуги ток сначала проходит через первый электрод, затем через второй, третий и т. д.

Разновидностью этого спогоба является многоэлектродная наплавка блуждающей дугой (рис. 4, в). Несколько электродов собирают в один ряд в виде частой гребенки. Ток подводят одним полюсом к изделию, а другим ко всем электродам. Дуга под слоем флюса перемещается от одного электрода к другому или одновременно горит от нескольких электродов; при этом основной металл проплавляется незначительно. В процессе сварки электроды и флюс подают автоматически.

Сварка трехфазной дугой (рис. 4, г) по сравнению со сваркой однофазной дугой повышает производительность в два-три раза, уменьшает расход электроэнергии примерно на 25% и обеспечивает более глубокий провар свариваемых изделий. Первые две фазы источника тока 1 подключают отдельно к двум параллельным электродам 2, имеющим толстую обмазку; третью фазу подключают к изделию 3. При замыкании образуются три дуги 4. Они обеспечивают стабильность и надежность процесса сварки.

Рис. 4. Скоростные методы ручной спарки: а — сварка глубоким проваром; б — сварка пучком электродов; в — многоэлектродная сварка под слоем флюса; г - сварка трехфазной дугой; д — сварка лежачим электродом: 1 — сварка в стык одним электродом; 2 — сыарка в стык пучком электродов; 3 — сварка таврового соединения

К скоростным методам можно отнести сварку лежачим электродом (рис. 4, д). Электрод с качественным покрытием или пучок электродов укладывают в разделку кромок деталей при стыковом соединении 1, 2 или в угол при тавровом соединении 3. Сварку лежачим электродом можно вести на постоянном и переменном токе, но лучшие результаты дает сварка на постоянном токе прямой полярности. Ток подводят к электроду и изделию.