Ручная дуговая сварка

1) Оборудование для РДС: источник питания дуги, гибкие провода (кабели), электрододержатель, электрод.

а) Источником питания дуги переменным током является сварочный трансформатор, постоянным – сварочные выпрямители и генераторы. Современные инверторные источники тока для сварки –– позволяют получать на выходе как постоянный, так и переменный ток и широкий спектр вольт-амперных характеристик. В полевых условиях применяют сварочные агрегаты: генераторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Внешняя вольт-амперная характеристика источника питания – это зависимость между напряжением на выходе источника и током в цепи при установившемся режиме. Источники тока для сварки могут иметь различные типы характеристик (рис. 49): 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жёсткая, 4 – возрастающая. Идеализированная внешняя характеристика 5 наилучшим образом удовлетворяет требованиям к источнику сварочного тока. Именно такая характеристика у инверторных источников питания.

Для ручной дуговой сварки используют источники только с крутопадающими характеристиками. Почему это так важно? Длина дуги при ручной сварке всегда колеблется, но нужно обеспечивать постоянную силу тока I, чтобы размеры сварочной ванны и сечение шва были постоянными.

Ток и напряжение на выходе источника равны току и напряжению дуги, значит, режим горения дуги определяется точкой пересечения характеристик источника и дуги (рис. 50). Таких точек две: точка A и точка B. Но устойчивое горение дуги возможно только на режиме точки B.

Если ток дуги случайно снизится, то источник будет выдавать большее напряжение, чем потребляет дуга. Поэтому ток в цепи увеличится до значения I_B, процесс вернётся к параметрам точки B.

Если ток дуги случайно возрастёт, то напряжение дуги превысит выдаваемое источником. Поэтому ток в цепи уменьшится до значения I_B, и процесс также вернётся к параметрам точки B.

В точке B наблюдается самоустанавливающееся равновесие, а в точке A отклонения по току приведут либо к обрыву дуги, либо к переходу в точку B.

Отсюда следует, что при крутопадающей характеристике источника ток практически не зависит от длины дуги.

Для регулирования тока при РДС меняют внешнюю характеристику источника питания. Для этого в конструкции источника питания предусмотрены устройства ступенчатого и плавного регулирования, например, дроссель (катушка индуктивности).

б) Провода (кабели) имеют большее сечение на низкой стороне трансформатора, меньшее – на высокой. Длина кабелей не должна превышать 30-50 м, так как при значительной длине увеличивается потеря напряжения в проводах.

в) Электрододержатель – это рукоятка из изолирующего материала с тремя металлическими стержнями (вилкой) на одном конце, между которыми зажимается зачищенный конец электрода. Кабель проходит внутри рукоятки и подсоединяется к стержням (рис. 51). Существуют и другие конструкции.

г) Сварочный электрод представляет собой стержень из проволоки, покрытый слоем смеси порошков со связующим веществом. Покрытие наносится опрессовкой или окунанием, затем сушится.

Различают тонкие (стабилизирующие) покрытия и толстые (защитно-легирующие). В состав покрытия входят вещества:

– ионизирующие дуговой промежуток (стабилизаторы дуги);

– шлакообразующие (для защиты ванны жидкого металла и шва);

– газообразующие (газовая защита зоны сварки);

– раскисляющие (для удаления кислорода из расплава);

– легирующие (для повышения прочности металла шва);

– связующее (обычно жидкое стекло).

Раскисляющие и легирующие компоненты присутствуют только в толстых покрытиях, ионизирующие и образующие шлак – во всех.

В зависимости от входящих в покрытие шлакообразующих веществ они делятся на виды: кислые, основные, рутиловые и целлюлозные. Наиболее распространены электроды с рутиловым покрытием, обеспечивающим высокие механические характеристики шва и хорошие технологические свойства.

Длина электродов 250-450 мм. Стандартные диаметры от 2 до 6 мм, но выпускают и больших или меньших диаметров для некоторых видов работ.

Материал электрода формирует шов, поэтому химический состав электродной проволоки должен соответствовать составу свариваемого изделия. Марки электродной проволоки обозначают: Св-08 или Св-30ХГСА, где буквы «Св» говорят о назначении проволоки – сварочная, 08 или 30 – содержание углерода в сотых долях процента, буквы Х, Г, С обозначают легирующие элементы (хром, марганец, кремний), буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная.

Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей классифицируют по механическим характеристикам металла шва, которые они обеспечивают. Тип электрода обозначается как Э38 … Э150, где цифры – гарантируемый предел прочности шва в кг/мм².

Марка электрода – это условное наименование, данное разработчиком, оно не содержит информации о характеристиках металла шва. Примеры марок: ЦМ-7, ОММ-5, АНО-8, УОНИ 13/45, МР-3, ОЗС-4, ВСЦ-4.

Нужно отметить, что при ручной дуговой сварке расход электродов на угар, разбрызгивание, огарки (остаток электрода в держателе) довольно велик и может составлять до 25 % массы электродов.

2) Схема процесса сварки покрытым электродом изображена на рис. 52. Здесь 1 – свариваемый металл, 2 – стержень электрода, 3 – покрытие электрода, 4 – дуга, 5 – капли расплавленного металла электрода, 6 – сварочная ванна; 7 – капли плавящегося покрытия, 8 – слой жидкого шлака, образовавшегося из веществ покрытия, 9 – газовая защитная атмосфера (тоже из покрытия), 10 – сварной шов, 11 – шлаковая корка, которая впоследствии счищается.

3) Режим сварки – это параметры процесса: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги и длина дуги.

Диаметр электрода d выбирается в зависимости от толщины заготовок: где s – толщина свариваемого металла в мм.

Сила тока I указывается в паспорте на марку электрода или определяется по формуле I = k∙d, где коэффициент k зависит от марки стали электродной проволоки. Для углеродистых сталей k = 35÷60 А/мм.

Напряжение дуги для большинства марок электродов и покрытий составляет 20-28 В.

Длина дуги поддерживается сварщиком в пределах 4-6 мм. Можно считать, что длина дуги составляет примерно l_д = (0,5÷1,1) d_э.

4) Виды сварных соединений показаны на рис. 53.

Рис. 53.
Сварные соединения: а) стыковые (1 – без разделки кромок, 2 – V-образная разделка, 3 – U-образная разделка, 4 – X-образная разделка, 5 – U-образная двусторонняя разделка); б) угловые; в) тавровое; г) нахлёсточное

 

Без разделки кромок можно сваривать заготовки толщиной до 6 мм.

Сварка может выполняться в различных пространственных положениях: нижнем (рис. 54, а), горизонтальном (рис. 54, б), вертикальном (рис. 54, в), потолочном (рис. 54, г).

Рис. 54. Расположение шва в пространстве

 

При ручной дуговой сварке за один проход возможна глубина проплавления не более 8 мм. Более толстые материалы сваривают за несколько проходов, шов получается многослойным.

 

Процесс ручной электродуговой сварки, устройство источника питания и правила техники безопасности при проведении сварочных работ подробно описаны в методических указаниях к лабораторной работе «Оборудование и технология ручной дуговой и контактной сварки». Изучить самостоятельно!

Автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДСФ)

Сварка ведётся под слоем флюса, непокрытой проволокой. Место стыка перед сваркой засыпают флюсом (слой толщиной 30-50 мм), и дуга горит под этим слоем. Процесс называют ещё сваркой закрытой дугой.

Схема процесса АДСФ показана на рис. 55. Механизм подачи 2 обеспечивает подачу сварочной проволоки 3 в дугу 10. Проволока подключена к источнику тока через скользящий токопровод 1. Дуга закрыта слоем флюса 5. При плавлении основного металла 8 и проволоки возникает ванна жидкого металла 9, а плавящийся флюс создаёт ванну жидкого шлака 4. Сварной шов 7 формируется при кристаллизации расплавленного металла, сверху он покрыт шлаковой коркой 6, образованной застывшим шлаком.

Оборудование: автомат для дуговой сварки. Это устройство, механизирующее возбуждение и поддержание дуги, перемещение её вдоль линии шва и подачу сварочных материалов в зону плавления. Существуют различные конструкции сварочных автоматов, но в любом из них присутствуют:

1) устройство для закрепления бухты проволоки,

2) механизм подачи проволоки,

3) мундштук (скользящий контакт) для подвода сварочного тока,

4) механизм перемещения дуги вдоль линии шва.

Применяют также шланговые полуавтоматы. Они механизируют только подачу проволоки в дугу. Полуавтоматы позволяют сочетать гибкость ручной дуговой сварки с глубиной провара и высокой производительностью АДСФ.

Материалы: сварочная проволока и флюсы, плавленые или керамические (спечённые). Флюсы выполняют те же функции, что и покрытие электрода при РДС:

1) изолируют сварочную ванну от воздуха,

2) обеспечивают устойчивое горение дуги,

3) придают нужный состав и свойства наплавленному металлу.

Преимущества: это самый производительный способ сварки. За счёт большой силы тока (до 2 кА) и непрерывности процесса производительность АДСФ в 5-20 раз выше, чем при ручной сварке.

Высокое качество шва обеспечивается надёжной защитой от окружающей атмосферы, раскислением и легированием металла шва за счёт флюса, медленным охлаждением шва, постоянством размеров сварочной ванны.

Себестоимость 1 м шва ниже, так как металл не разбрызгивается, нет огарков электродов. Большая сила тока позволяет сваривать металл толщиной до 20 мм за один проход без разделки кромок.

Применение: в серийном и массовом производстве – при изготовлении котлов, резервуаров, корпусов судов, мостовых балок, сварных труб с прямым и спиральным швом, колёс.