Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка — сварка, источником энергии которой является электрическая дуга.

Используется для сварки углеродистых сталей обычного качества, качественных сталей с различным содержанием марганца, низколегированных и легированных, жаропрочных и жаростойких сталей, чугуна и цветных металлов.

Ручная электрическая сварка с использованием угольных электродов изобретена в 1882 году учёным Н. Н. Бенардосом в России. Изобретение он запатентовал в Германии, Франции, России, Италии, Англии, США. В дальнейшем он разработал сварку дугой в защитном газе, контактную сварку.

Сварка плавящимся металлическим электродом изобретена учёным Н. Г. Славяновым в 1888 году.

Для ручной дуговой сварки характерно зажигание дуги, производимое касанием электродов к металлическому изделию, поддержание длины дуги во время сварки и перемещение электродов. При протекании тока короткого замыкания, электрод в месте касания нагревается до высокой температуры, зажигается дуга и производится сварка дугой с переносом материала электрода или проволоки в место сварки. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, используется защита места сварки газами (аргоновая сварка).

Ручная дуговая сварка разделяется на следующие виды:

• одно-, двух- и многоэлектродную, используемую для ускорения работ и повышения производительности труда;
• сварку при постоянном и переменном токе;
• сварку однофазной и трёхфазной дугой.

В зависимости от длины свариваемого стыка и толщины свариваемого существуют разные способы ведения шва:

• Короткие швы до 250 мм делают способом — «на проход».
• Швы средней длины от 250 до 1000 мм выполняют от середины к краям ступенчатым способом по участкам.
• Швы длинные делают обратноступенчатым способом от середины к краям.

Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся и неплавящиеся электроды. Электроды изготовлены из проволоки и электродного покрытия.

Выбор электродов зависит от ряда факторов, в том числе присадочного материала, положения сварки и требуемых свойств сварного шва. Покрытие используют для поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия кислорода, азота, водорода в воздухе. Чтобы предотвратить сварочное загрязнение, в покрытие вводят раскислители для очистки сварного шва, что улучшает стабильность дуги и обеспечивает процесс легирующими элементами, улучшающими качество сварки.

Состав металла электродов схож или идентичен металлу основного материала. Но часто существует небольшое различие, которое сильно воздействует на свойства получаемого сварного шва. Например, электроды из нержавеющей стали иногда используются для сварки изделий из углеродистой стали и для сварки деталей из нержавеющей стали с углеродистой сталью.

В состав электродных покрытий могут входить рутил, фторид кальция, целлюлоза, порошок железа и др. Рутиловые электроды с покрытием с 25—45 % TiO₂, характеризуются простотой в использовании и хорошим внешним видом получаемого шва. Тем не менее, получаемые с их использованием сварные швы имеют высокое содержание водорода, что приводит к хрупкости шва. Электроды, содержащие фторид кальция (CaF₂) являются гигроскопичными и должны храниться в сухих условиях. Они производят прочные сварные швы, но с грубой и выпуклой поверхностью. Электроды, покрытые целлюлозой, особенно в сочетании с рутилом, обеспечивают глубокое проникновение сварного шва в изделие. При этом необходимо предпринимать специальные меры для предотвращения образования трещин. В международной практике приняты следующие сокращения для обозначения типа покрытия сварочных электродов для ручной дуговой сварки:

• A — кислое; RA — рутилово-кислое;
• B — основное; RB — рутилосновное;
• C — целлюлозное; RC — рутилцеллюлозное;
• R — рутиловое; RR — рутиловое толстое;
• S — другое.

Для идентификации электродов, американское сварочное общество присвоило электродам четырех- или пятизначные номера и буквы. Обозначение электродов, изготовленных из мягкой и низколегированной стали начинается с буквы Е, затем следует число. Первые две или три цифры номера указать предел прочности на разрыв металла сварного шва, в тысячу фунтов на квадратный дюйм. Предпоследняя цифра 1 — быстро затвердевающие электроды, 2 — быстро заполняющие электроды для горизонтальной сварки. Сварочный ток и тип покрытия электрода определяются последними двумя цифрами.

В России электроды, предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей, а также легированных с повышенной и высокой прочностью маркируются так: первым ставится индекс Э — электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; последующие цифры обозначают предел прочности при растяжении в кгс/мм2; индекс А информирует, что металл шва имеет повышенные свойства по пластичности и ударной вязкости.

Электроды для сварки теплоустойчивых, высоколегированных сталей и для наплавки, имеют обозначения: индекс Э — электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; дефис; последующие цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента; следующие буквы и цифры, определяют содержание химических элементов в процентах^[1].

В России покрытые электроды для ручной дуговой сварки или наплавки регламентируются следующими стандартами:

• ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые для ручной дуговой сварки и наплавки. Классификация и общие технические условия»;
• ГОСТ 9467-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей»;
• ГОСТ 10052-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами»;
• ГОСТ 10051-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами».

В международной практике действующими стандартами на электроды являются стандарты ISO:

• ISO 2560-73 «Электроды покрытые для ручной дуговой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Система условных

обозначений» устанавливает систему условных обозначений электродов в зависимости от состава покрытия и характеристик металла сварного шва. Распространяется на покрытые электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки мало-углеродистых и низколегированных сталей с прочностью от 490 до 590 Н/мм².

• ISO 3580-75 «Электроды покрытые для ручной дуговой сварки теплоустойчивых сталей. Система условных обозначений».
• ISO 3581-76 «Электроды покрытые для ручной дуговой сварки коррозионностойких и других высоколегированных сталей. Система

условных обозначений».

В качестве источников питания для проведения ручной дуговой сварки используются понижающие трансформаторы с низким выходным напряжением и большим допустимым током в сотни ампер. При сварке на постоянном токе используются выпрямители, которые преобразует переменный ток в постоянный ток. В результате, вместо 220 В при 50 А, получаемых от сети, мощность, напряжение от трансформатора составляет около 17--45 В при токах до 600 А. Используются различные типы трансформаторов, в том числе инверторные машины. Ток от трансформаторов регулируется разными способами: изменения числа витков в катушке или путем изменения расстояния между первичной и вторичной катушками (в подвижной катушке или c подвижным сердечником). Инверторные источники питания имеют меньшие размеры и вес. В них используется высокочастотное преобразование напряжения сети.

Электрические генераторы и генераторы переменного тока также используются в качестве портативных сварочных источников питания, но из-за низкой эффективности и больших затрат, они реже используются в промышленности.

Ручная дуговая сварка классифицируется:

• по виду электрода. Электроды могут быть плавящиеся и неплавящиеся.
• по виду дуги (свободная или сжатая)
• по воздействию дуги на металл (прямого или косвенного действия, трёхфазной дугой).

Ручная дуговая сварка возможна при разных положениях сварного шва в пространстве. В международной практике приняты правила определения и обозначения пространственного расположения шва согласно стандарту EN ISO 6947 — Швы. Рабочее положения. Определение углов наклона и поворот^[2]. Обозначения, согласно стандарту следующие:

• PA — сварка в нижнем положении стыкового соединения или таврового соединения в положении «в лодочку»;
• PB — сварка в нижнем положении таврового соединения в положении «в угол»;
• PC — сварка горизонтального шва стыкового соединения на вертикальной плоскости;
• PD — сварка углового шва в потолочном положении в положении «в угол»;
• PE — сварка стыкового соединения в потолочном положении;
• PF — сварка вертикального шва снизу вверх;
• PG — сварка вертикального шва сверху вниз.

При сварке электроды перемещаются в трех направлениях: по оси электрода — для поддержания длины дуги; вдоль оси валика — для образования шва; поперек шва — для получения нужной ширины шва и глубины проплавления.

• допускается сварка в труднодоступных местах;
• сварка в любых положениях в пространстве (под углом, вертикальная);
• сварки большого вида сталей, чугуна, цветных металлов, из-за широкого выбора разных марок электродов;
• простота и дешевизна сварочного оборудования.

• качество соединений зависит от квалификации сварщика;
• низкий КПД и производительность по сравнению с иными технологиями сварки;
• вредные условия процесса сварки для окружающих;
• влияние магнитного дутья (отклонение дуги под действием возникающих магнитных полей) на сварочный процесс при постоянном токе.

Для ручной дуговой сварки используют трансформаторы, выпрямители, генераторы, электрододержатели, маски сварщика.

В настоящее время чаще используются более лёгкие по весу сварочные инверторы, которые производятся разными фирмами в большом разнообразии. Сварочные трансформаторы имеют больший вес и большую надежность.

Сварочные маски со светофильтром защищают глаза сварщика от вредного воздействия сильного ультрафиолетового излучения, возникающего при сварке. В настоящее время получили распространение маски «хамелеон» с автоматическими светофильтрами, включаемыми при зажигании дуги и выключаемые при её погасании^[3].

• Петардная сварка
• Сварочный трансформатор
• Сварочный инвертор

• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
• Волченко В. Н. Сварка и свариваемые материалы т.1, 2. -M. Металлургия. 1996
• Cary, Howard B.; Helzer, Scott C. (2005), Modern Welding Technology, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, ISBN 0-13-113029-3
• Jeffus, Larry (1999), Welding: Principles and Applications (4th ed.), Albany, New York: Thomson Delmar, ISBN 0-8273-8240-5
• Lincoln Electric (1994), The Procedure Handbook of Arc Welding, Cleveland, Ohio: Lincoln Electric, ISBN 99949-25-82-2
• Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, New York: CRC Press, ISBN 0-8493-1773-8

• Ручная дуговая сварка
• Ручная дуговая сварка