Электродуговая сварка постоянным током

Электродуговая сварка постоянным током

Электродуговая сварка — один из самых распространенных в быту, мелкосерийном производстве и промышленности видов сварки. Ее также можно назвать дуговой сваркой плавлением.

Каждому начинающему сварщику полезно знать основы дуговой сварки — принцип ее действия, условия, которые необходимы для возникновения высокотемпературной дуги, виды сварочных аппаратов для бытового применения, и некоторые отдельные параметры и особенности процесса.

Основной физический принцип

В основе электродуговой сварки лежит не один, а сразу два электрических принципа: явление короткого замыкания, с которым знакомы все, имеющие набор школьных знаний по электричеству, и явление пробоя. Вот на нем стоит остановиться внимание.

Имеется в виду пробой диэлектрика, который происходит в результате насыщения его межатомного пространства частицами, несущими электрический заряд. Положительный заряд несут ионы, отрицательный — электроны.

Теоретически пробой возможен для любого диэлектрика (в определенных условиях), но в случае электродуговой сварки используется конкретно пробой воздушного пространства между электродом и массой (деталью).

Технологический процесс подразумевает создание на электроде заряда тока низкого напряжения, но большой силы — порядка 80-200 А, и огромной плотности — до нескольких тысяч А/см 2 .

Когда электродом касаются массы, то есть другого материала с высокой электропроводностью, в случае сварки металла, то возникает короткое замыкание, инициирующее мощное электрическое поле.

В этом поле и происходит пробой. Вследствие насыщения заряженными частицами прослойка воздуха превращается из диэлектрика в проводник тока.

Именно в этот момент и возникает сварочная дуга, давая название электродуговой сварке. Температура в зоне соприкосновения дуги с металлом может достигать 5000 °C.

Области сварочной дуги

Дуга замыкает цепь между электродом и массой. С точки зрения теории сварного дела, в сварочной дуге выделяют несколько областей:

Катод — это «минус», источник тока (напомним, что ток образуют движущиеся электроны — отрицательные частицы). Анод соответственно — «плюс».

Анодная область отдает ионы в результате бомбардировки потоком электронов, поэтому на аноде всегда образуется так называемый кратер — вогнутое пятно, площадь которого зависит от площади электронной бомбардировки.

Электродуговые установки постоянного тока имеют фиксированные анод и катод. В аппаратах переменного тока анод с катодом постоянно меняются местами. Это вызывает нестабильность сварочной дуги, сильное разбрызгивание металла и другие неприятные факторы, а кроме того, не позволяет производить сварку определенных металлов, для которых требуется особая техника.

Виды аппаратов и виды включений

Сварочный аппарат самого простого типа для электродуговой сварки — трансформаторный. По сути своей он представляет трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток. Этот аппарат варит переменным током.

Процесс имеет ряд описанных выше недостатков, кроме того, трансформаторный аппарат для преобразования тока промышленной частоты очень громоздкий и тяжелый.

Поэтому там, где требуется мобильность, чаще всего применяются сварочные инверторы. Эти устройства сначала преобразуют переменный ток от бытовой сети в ток высокой частоты, а затем преобразуют его в постоянный — выпрямляют. Эти устройства имеют значительно меньшие габариты и массу.

Электродуговая сварка инвертором позволяет, во-первых, добиться высокой стабильности дуги, что означает лучшее качество шва, а во-вторых, использовать разные режимы подключения — с прямой и обратной полярностью.

Полярность прямая, когда электрод подключается к катоду, а масса к аноду, то есть сварка идет «от плюса к минусу». Такой электродуговой сваркой соединяют большинство металлов.

Но в некоторых отдельных случаях, например, для сварки коррозионностойких (нержавеющих) сталей и некоторых других химически активных металлов может использоваться обратная полярность — электрод к аноду, а масса к катоду.

Работа с обратной полярностью, как правило, идет под флюсом, образующим защитную газовую среду, и с присадочной проволокой.

Электроды и защитные газы

Видов электродуговой сварки, различающихся по применяемым материалам, довольно много, но базовое различие одно: по типу электрода. Классификация здесь следующая. Сварка может быть плавящимся электродом и электродом, не расплавляющимся при работе (неплавящимся). Что это значит?

Электрод — металлический контакт, стержень, имеющий оболочку из специального состава. Прогорая, эта оболочка образует защитную газовую среду, предохраняя расплав от окисления.

Но при этом плавящийся электрод является еще и присадкой, его основной металл входит в состав сварного соединения. Электродуговая сварка неплавящимся электродом требует ввода в сварочную ванну (непосредственно в точку, где происходит реакция) дополнительной присадочной проволоки.

Существует много разновидностей металлических и неметаллических электродов для электродуговой сварки, в том числе угольных и графитовых.

Каждый из них подбирается под конкретный металл и способ сварки. Кроме того, в определенных случаях применяется сварка в защитном газе (в основном для химически активных металлов). В качестве газов могут применять гелий, аргон и углекислоту.

Все эти способы диктуют свои подходы к собственно методике работы. Могут различаться виды сварочных аппаратов, виды горелок. Например, в полуавтомате для электродуговой сварки в защитной среде через сопло горелки подается одновременно и защитный газ, и присадка.

Читайте также:  Водно дисперсионная краска виды

Могут использоваться различные вспомогательные материалы, такие, как флюсы, поэтому описать универсальный способ создания шва достаточно сложно. Но, тем не менее, некоторые базовые принципы присутствуют.

Как научиться

Проще всего осваивать электродуговые сварочные работы, начав с бытового инвертора, подключаемого к сети 220 В. После того как вы научитесь правильно варить в домашних условиях, можно будет переходить к обучению более сложным технологиям, таким, как, например, аргонодуговая сварка.

Кроме инвертора понадобятся:

  • плотная одежда с длинными рукавами;
  • сварочные перчатки или рукавицы;
  • маска;
  • молоток;
  • зубило;
  • металлическая щетка;
  • пачка универсальных электродов;
  • заготовка в виде куска толстого металла — лучше всего обычной стали.

Надо подключить электрод к катоду (минусу) аппарата с помощью специального держателя. Плюс, соответственно, надо подать на заготовку. Осталось только включить аппарат электродуговой сварки.

Электрическая дуга зажигается постукиванием или чирканьем по массе. После вспышки необходимо отдалить электрод от металла примерно на 5 мм. Возникнет дуга, и металл начнет плавиться.

Существует два способа вести электрод — острым углом от себя и на себя. Первый способ сложнее, но позволяет делать менее глубокий шов (это нужно в работе с тонким металлом). Второй — проще, это стандартный метод работы.

Электрод при электродуговой сварке нужно вести не по прямой, а зигзагообразными движениями, чтобы получался шов, похожий на строчки швейной машинки. Ход электрода должен перекрывать обе стороны соединяемых листов.

Тренироваться сначала нужно просто на кусочке стали, потом — переходить на сварку листового металла.

Требования госстандартов

На электродуговую, как и на многие сварки плавлением, существуют свои ГОСТы, которые обязательны к выполнению на любом производстве. Они описывают классификацию сварки металлов, методы оценки качества, специфику применяемых присадок и флюсов, и многое другое.

В частности, ГОСТ 11533-75 описывает автоматическую и полуавтоматическую дуговую сварку под флюсом, ГОСТ 14771-76 — дуговую сварку в защитных газах. Сварщики, работающие на предприятии, обязаны знать требования госстандартов минимум в своей конкретной области.

Хотите научится варить черные, цветные металлы, пластмассы, построив свои собственные сварочные аппараты? Хотите научится выполнять на самодельных сварочных аппаратах практически любые заказы населения? Тогда этот сайт для вас! Также здесь вы найдете рекомендации по приобретению готовых аппаратов, инструментов, приспособлений.

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.

Читайте также:  Решетка для водосточного желоба

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 проплавленне основного металла; при дуге обратной полярности повышается скорость плавления электрода.

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

IX.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.

Читайте также:  Гамма цветов колеруемых лаков тиккурила

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. IX.2).

IX.2. 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. IX.6.

IX.6. 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. IХ.3,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 (см. рис. IX.3,б—г) 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. IX.6).

IX.3. 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. IX.3, 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. IX.7. При сварке нахлесточных соединений ток увеличивают на 10—15, при сварке тавровых соединений — на 15—20%.

IX.7. 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.

Для сварки на малых токах используют электроды со специальным покрытием (марок ОМА-2 и др.) и постоянный ток обратной полярности. При этом применяют источники питания дуги с повышенным напряжением холостого хода, допускающие регулирование малых токов (например, преобразователь ПСО-120, выпрямители ВКСГ-30, ВД-101 и др.).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector