Ручная дуговая сварка – самая популярная и востребованная

1 Технология ручной дуговой сварки

Суть процесса заключается в том, что для образования электрической дуги (а также ее поддержания в рабочем состоянии) к свариваемой поверхности и электроду для дуговой сварки подается переменный либо постоянный сварочный ток, поступающий от источника питания. В тех ситуациях, когда данный источник присоединен своим положительным полюсом к конструкции, речь идет о сварочном процессе на прямой полярности. Под обратной же полярностью понимают ситуацию, при которой к конструкции подсоединяется отрицательный полюс.

Металл обрабатываемого изделия, покрытие и стержень электрода, используемого для сварки, расплавляются под влиянием дуги. После этого они попадают в сварочную ванну и смешиваются в ней. При этом на поверхность выделяется расплавленный шлак. Ванна может иметь разные размеры, которые зависят от пространственного расположения сварки, ее режимов, размера и формы кромок, подвергающихся обработке, характеристик сварного шва. В большинстве случаев длина сварочной ванны равняется 1–3 см, ширина – 0,8–1,5 см, глубина – не более 0,6 см.

Под длиной дуги понимают дистанцию между двумя активными пятнами:

• на поверхности (расплавленной) сварочного стержня;
• на поверхности ванны.

Опытные сварщики всегда стараются "держать" максимально короткую дугу, так как в этом случае мелких металлических капель во время процесса отмечается очень мало.

Кроме того, плавление электрода осуществляется достаточно медленно, что обеспечивает аккуратный пучок искр. Это приводит к большой глубине проплавления поверхности. Если же данная глубина будет малой, при плавлении сварочный стержень станет активно разбрызгиваться за счет реакции окисления. В результате полученное соединение будет характеризоваться большим содержанием окислов и неровным швом.

Зажигание дуги производится посредством непродолжительного касания электрода (его окончания) к конструкции, предназначенной для обработки. Из-за контактного сопротивления и тока короткого замыкания конец стержня нагревается максимально быстро до повышенной температуры, необходимой для формирования сварочной дуги. Она не возникает тогда, когда сварщик держит электрод слишком далеко от свариваемой поверхности. Как правило, зажигание выполняется на дистанции 4–5 миллиметров от нее.

Плавление покрытия стержня приводит к созданию газовой атмосферы над сварочной ванной и непосредственно вокруг дуги. Указанная атмосфера не позволяет взаимодействовать расплавленному металлу и воздуху, так как вытесняет последний из сварочной зоны. Также воздух не попадает к поверхности ванны за счет того, что шлак покрывает ее и частички расплавленного металла.

Шлак выполняет и функцию очистки от всевозможных ненужных примесей расплавленного материала. В сварочной ванне металл по мере удаления электродуги начинает кристаллизоваться, что ведет к формированию соединительного шва, на поверхности коего образуется слой шлака в затвердевшем состоянии.

2 Электроды для ручной сварки – какие используются?

Существует несколько групп электродов. Каждая из них предназначена для соединения различных по составу металлов. Ручная электродуговая сварка может выполняться электродами, предназначенными для сваривания:

• высоколегированных сталей;
• конструкционных легированных сталей;
• низкоуглеродистых и углеродистых сталей;
• теплоустойчивых легированных сплавов.

Характеристики электродов и требования к ним изложены в ряде Государственных стандартов, в частности, следующих:

• 9467–75;
• 9466–75;
• 10051–75.

Стержни для сварки выпускаются со специальными покрытиями, которые обязаны гарантировать стабильное горение электродуги. Только при таких условиях соединение будет описываться требуемыми свойствами (стойкость против ржавления, высокая пластичность и прочность, ударная вязкость и так далее).

Производители добиваются стабильного горения дуги посредством уменьшения ионизационного потенциала промежутка (воздушного) между свариваемой поверхностью и сварочным стержнем. Электродные шлаковые покрытия имеют и защитную функцию (не дают азоту и кислороду воздействовать на место соединения), так как они состоят из шлакообразующих ингредиентов. Под таковыми понимают:

• полевой шпат;
• кварцевый песок;
• каолин;
• титановый концентрат;
• доломит;
• мел;
• марганцевую руду;
• мрамор.

В некоторых случаях в состав покрытий электродов привносят железный порошок, что повышает производительность, с которой работает сварочный аппарат, дуга при наличии такой "добавки" зажигается быстрее и обеспечивает больший объем наплавляемого материала за конкретную единицу времени. Подобные электроды чаще всего применяются для выполнения работ при малых температурах окружающей среды.

Электроды могут иметь покрытия следующих видов:

• Основные. Такие стержни предназначены для использования на обратной полярности при постоянном токе. Ключевыми их элементами являются карбонад кальция и фтористый кальций. Обычно электроды с основным покрытием применяются для соединения изделий с большими сечениями (например, труб большого диаметра).
• Кислые. В них содержится кремний, марганец, оксиды железа, в редких случаях – титан.
• Рутиловые. Для газовой и шлаковой защиты рутиловых покрытий в их состав вводят разнообразные органические и минеральные элементы.
• Целлюлозные. Покрытия электродов, с помощью которых соединяют малые по толщине стальные изделия.

3 Ручная дуговая сварка – выбор режимов процесса

Описываемый нами вид сварки имеет много достоинств, среди коих следует выделить такие:

• простота конструкции и эксплуатации сварочных агрегатов, а также удобство их транспортировки к месту работ;
• возможность выполнять сварочный процесс во всех пространственных положениях;
• возможность соединения конструкций из разных марок сталей и осуществления сварочных мероприятий на объектах с ограниченным доступом.

Чтобы сполна воспользоваться этими достоинствами, важно знать, как правильно варить электродуговой сваркой. Самое главное перед началом выполнения сварочных работ выбрать их режим. Качество сварки и стабильность операции зависит именно от этого выбора.

Подбор конкретного режима осуществляется по двум видам параметров – основным и добавочным. К основным относят:

• показатель колебаний (поперечных) торца сварочного стержня: не более 2,5–3 сечения стержня для сварки;
• полярность, значение и род тока: все рекомендуемые параметры приводятся на упаковках электродов, коими предполагается производить сварку;
• скорость сварки: шов будет тем уже, чем выше выбрана скорость процесса;
• сечение сварочного электрода: при выборе следует руководствоваться принципом того, что электрод должен иметь тем меньший диаметр, чем более ответственное соединение выполняется с его помощью.

К дополнительным параметрам причисляют:

• положение свариваемой конструкции при выполнении сварки;
• показатель вылета сварочного стержня и его положение в пространстве;
• температура (исходная) свариваемого материала;
• толщина и состав покрытия электрода.