Технология ручной сварки

Ручная дуговая сварка — основы, технологии, особенности

Ручная дуговая сварка применяется на многих предприятиях и производствах. Она отличается простотой технологического процесса, экономностью расходных материалов, и компактностью некоторых видов оборудования, что удобно для маневренности. Вести работу аппаратами для ручной дуговой сварки покрытыми электродами можно в полноценном режиме по десять часов в день. Поскольку многие учебные заведения преподают данный метод и технологию сваривания металлических частей, найти хороших специалистов для работы не сложно. Начинающим сварщикам важно хорошо знать что такое ручная дуговая сварка, каковы ее технологии, режимы и возможности.

Сварка MMA — что это такое?

MMA сварка — это способ соединения двух металлических частей при помощи электрической дуги и плавящегося покрытого электрода. Перевод аббревиатуры подразумевает ручное управление этим процессом. Суть метода заключается в замыкании электрической цепи, в результате которой образуется сварочная дуга. Высокая температура производит расплавление кромок металла и стержня электрода. Образуется сварочная ванна.

В качестве источника тока используются различные трансформаторы, генераторы, и преобразователи, выдающие переменное и постоянное напряжение. Для работы используется два кабеля (+ и -), один из которых крепится на изделие, а второй снабжается держателем электрода и находится в руках сварщика. В зависимости от того, какой вид кабеля крепится к массе, определяется полярность сварки. Этого требует режим сваривания различных металлов.

Ручная электродуговая сварка предусматривает защиту сварочной ванны от воздействия газов атмосферы. За этот процесс отвечает покрытие электродов. Его действие можно увидеть на многочисленных видео. Снабженное специальным составом, плавясь от температуры дуги, покрытие выделяет собственные газы, защищающие сварочную ванну и предотвращающие попадание кислорода в зону горения дуги. Без специальной обмазки ручная дуговая сварка была бы невозможна. Расплавленный металл электродов вступал бы во взаимодействие с окружающей средой, и жидкие частицы разлетались бы по всей поверхности свариваемого изделия. Водород, из-за легкого веса, вырывался бы наружу и образовывал поры в кристаллизующемся шве.

Как показывают многие видео, в процессе ведения дуги, сварочная ванна разделяется на несколько цветовых и весовых зон:

• самым белым выглядит расплавленный металл кромок и присадочного электрода;
• ярко-красным обозначает себя жидкий шлак;
• железо, под действие веса, стремится ко дну ванны;
• шлак, обладающий меньшим весом, плавает на поверхности.

Понимая эти различия, можно умело манипулировать концом электрода для создания ровного и прочного шва. После выполнения работы требуется отбивать застывший шлак, чтобы убедиться в качестве сваренного соединения и придать более привлекательный вид всей конструкции.

Применение MMA сварки

Технология ручной дуговой сварки нашла широкое отображение в различных производственных сферах. Это:

• машиностроение
• прокладка различных трасс для теплоснабжения, перекачки газа и подачи воды;
• кораблестроение;
• ремонтные работы на СТО;
• коммунальные службы.

Данный метод позволяет сваривать обычную углеродистую сталь во всех пространственных положениях. При использовании электродов со специальным омеднением покрытия возможна сварка чугуна. Если применять нержавеющие покрытые электроды, то свариванию поддаются легированные виды стали. Полученные швы отличаются высокой устойчивостью к сопротивлению на разрыв и излом. Об этом свидетельствуют многочисленные испытания и подтверждающие видео. Метод сварки используется не только для сваривания частей, но и для наплавки поверхностей истертых деталей и последующей механической обработки.

Преимущества электросварки

Ручная сварка покрытыми электродами включает ряд выгодных преимуществ:

• ценовая доступность аппаратов и расходных материалов;
• эксплуатация оборудования в течении всего рабочего дня;
• простота выполнения работ и высокая скорость при умелом обращении;
• легкая обучаемость, включая различные пособия и видео;
• прочность швов;
• возможность сваривания элементов в любом пространственном положении;
• легкость оборудования и возможность быстрого перемещения по рабочему объекту.

Безопасность при MMA сварке

Технология дуговой сварки требует соблюдения правил безопасности. Без этого можно значительно навредить своему здоровью или окружающим. Во-первых, при расплавлении обмазки электрода, выделяется много тяжелых газов, вредных для дыхания. Поэтому сварочные работы ведутся на открытом воздухе, или в хорошо проветриваемом помещении. В закрытых пространствах (комнаты, емкости) необходимо предусмотреть искусственную вентиляцию.

Во-вторых, технология ручной дуговой сварки подразумевает работу с большими показателями силы тока (А) и малым напряжением (V). Это требует бережного обращения с аппаратом, не допускающего его падения или перегрева, что может привести к нарушению изоляции и проведению тока на корпус устройства. Хотя используемое напряжение безопасно для жизни (обычно до 48 V), держатель должен быть хорошо заизолирован, а при работе в металлических емкостях под ноги сварщика необходимо подкладывать резиновый коврик.

При горении дуги происходит выделение высокой температуры и ультрафиолетового излучения, поэтому руки сварщика должны быть защищены рукавицами из прочного материала. Не должно быть открытых участков кожи, так как это может привести к световым ожогам. Еще часты брызги расплавленного шлака, которые летят довольно высоко, поэтому головной убор для сварщика обязателен.

Для защиты зрения рабочего используются специальные маски со светофильтрами, защищающие от вредного излучения. Эти элементы имеют разнообразные номера маркировки для работы в условиях разной освещенности.

Технология выполнения и параметры

Техника ручной дуговой сварки доступна на многих обучающих видео. Все начинается с правильной разделки кромок под 45 градусов. Для пластин толще 6 мм предусматривается выставление зазора в 2-3 мм. Это содействует хорошему проплавлению. Розжиг дуги производится постукиванием электрода по массе. Лучше это сделать на отдельной пластине и уже разогретый электрод поднести к стыку. Ставится несколько прихваток длинной в 5 мм для фиксации свариваемых частей.

Электрод держится под углом в 45 градусов относительно плоскости. Первый шов является корневым, поэтому накладывается ровным ведением из одной стороны в другую. Последующие слои выполняются поперечно-колебательными движениями, которые расширяют шов и заполняют всю зону стыка. Эти движения могут иметь спиралевидный характер. При ведении сварки следует сохранять дистанцию в 5 мм между концом электрода и металлом. Желательно обеспечить небольшой наклон поверхности для стекания шлака. Если нет такой возможности, то сварщик должен концом электрода периодически отгонять красный расплавленный шлак в сторону. Все его застывшие части легко удаляются. Заканчивать шов необходимо внахлест на уже застывшую поверхность. Это поможет избежать образования воронки в конце.

Электросварка позволяет соединять части деталей и в вертикальном положении. Здесь применяется технология прерывистой дуги. Поскольку жидкий металл тяжелый, беспрерывное горение приведет к падению расплавленного металла вниз. Поэтому шов накладывается в виде «полочек» друг на друга слоями. Это требует больше времени, но не влияет на качество соединения. Потолочный стык выполняется по похожей технологии. Для комфортной работы и качественного результата требуется подбор правильных режимов сварки:

Ручная дуговая сварка

Общие сведения, классификация, технологические возможности

При РДС (ручной дуговой сварке) зажигание дуги, поддержание ее длины во время сварки, перемещение вдоль свариваемых кромок и подача электрода в зону горения дуги по мере его расплавления осуществляется сварщиком вручную. Качество сварки соединения во многом зависит от квалификации сварщика: умения быстро зажигать дугу, поддерживать необходимую ее длину, равномерно перемещать дугу вдоль свариваемых кромок, выполнять требуемые колебательные движения электрода при сварке, сваривать шов в разных пространственных положениях.

По количеству электродов ручная дуговая сварка подразделяется на одно-, двух- и многоэлектродную (пучком электродов). По роду применяемого тока: на сварку при постоянном и переменном токе. Сваривать можно однофазной и трехфазной дугой.

Наиболее широкое распространение получила сварка металлическим плавящимся электродом на постоянном и переменном токе.

Другие методы ручной дуговой сварки применяются или для повышения производительности труда (например, сварка пучком электродов), или для получения определенных типов швов сварных соединений (например, при сварке с отбортовкой кромок), или при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов (например, сварка вольфрамовым электродом).

Технология ручной дуговой сварки

Свариваемые материалы

С помощью РДС, как правило, свариваются стали: углеродистые обыкновенного качества (по ГОСТ 380—88); углеродистые качественные конструкционные с нормальным (марок 10, 15 и 20) и повышенным (марок 15Г и 20Г) содержанием марганца (ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71 соответственно); низколегированные (ГОСТ 19282—73; ГОСТ 19281—73); легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71); теплоустойчивые (ГОСТ 20072—88); высоколегированные, а также жаростойкие и жаропрочные Fe—Ni сплавы) по ГОСТ 5632—72. Кроме того, с помощью РДС возможна сварка чугуна и цветных металлов (Al, Cu и их сплавов).

Электроды для РДС и примеры их промышленного применения

Для РДС плавящимся электродом применяют электроды, представляющие собой стержни из сварочной проволоки (длиной 0,225—0,450 м) с электродным покрытием. Покрытие наносят с целью: поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия O₂ и N₂ воздуха; образования на поверхности сварочной ванны и металла шва слоя шлака, защищающего ванночку от доступа воздуха и замедляющего охлаждение шлака; раскисления металла шва и его легирования.

Для изготовления электродных стержней применяют проволоку из стали и цветных металлов. При сварке чугуна, бронзы и некоторых других металлов применяют также литые электродные стержни.

По ГОСТ 2246—70 холоднотянутая сварочная проволока маркируется следующим образом: малоуглеродистая — Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА и СВ-10Г2; легированная — Св-08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМТ и т. д. (всего 30 марок); высоколегированная Св-12Х11НМФ, Св-10Х11НВМФ, Св-12X13, Св-20Х13, Св-06Х14, Св-08Х14ГНТ и т. д. (всего 41 марка).

Общие требования к электродам

Согласно ГОСТ 9466—75 по назначению электроды подразделяются для сварки: У — углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤600 МПа; Л — легированных конструкционных сталей с σ_в≤600 МПа, Т — легированных теплоустойчивых сталей, В — высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Электроды для сварки стали подразделяются на типы — по ГОСТ 9467—75 и ГОСТ 10052—75 и на марки — по стандартам или ТУ (при этом каждому типу электрода может соответствовать одна или несколько марок).

По толщине покрытия в зависимости от отношения D/d_э (D — диаметр покрытия, d_э — диаметр электрода, определяемый диаметром стержня) электроды подразделяют:

М — с тонким (D/d_э≤1,20), С — со средним (l,20 _э≤1.45), Д — с толстым (l,45 _э≤l,80) и Г — с особо толстым (D/d_э>1,80) покрытием.

В зависимости от покрытия электроды подразделяют на виды: А (кислое покрытие), Б (основное покрытие), Ц (целлюлозное), Р (рутиловое) и П (покрытия прочих видов). При покрытии смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. При наличии в покрытии железного порошка в количестве >20 % к обозначению вида покрытия добавляется буква Ж.

По допустимым пространственным положениям сварочные электроды подразделяют на группы: 1 — для всех положений; 2 — для всех положений, кроме сварки вертикальной «сверху вниз»; 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального «снизу вверх»; 4 — для нижнего и нижнего «в лодочку».

По роду и полярности применяемого I_св, а также по номинальному напряжению U_х.х используемого источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяют в соответствии с табл. 1.1.

Структура условного обозначения электродов согласно ГОСТ 9466—75 показана на рис. 1.1. Полное условное обозначение электрода должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.

Типы покрытых электродов для сварных конструкционных и теплоустойчивых сталей

Требования к металлическим покрытым электродам для РДС углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных, а также легированных теплоустойчивых сталей устанавливает ГОСТ 9467—75.

Электроды для сварки конструкционных сталей подразделяют на следующие типы по механическим свойствам металла шва, наплавляемого металла и сварных соединений при нормальной температуре:

— Э38, Э42, Э46 и Э50 —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤500 МПа;

— Э42А, Э46А и Э50А —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤500 МПа, когда к металлу шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

— Э55 и Э60 — для таких же сталей с σ_в = 500÷600 МПа;

— Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 —для сварочных легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с σ_в≥600 МПа.

Химический состав металла, наплавленного электродами указанных выше типов, должен соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва, наплавленного металла и сварочного соединения должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.2.

Примечания: 1. Для электродов типов Э38, Э42. Э46. Э50. Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60 приведенные значения механических свойств установлены в состоянии после сварки, без ТО (термической обработки). После ТО механические свойства для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов.
2. Для электродов типов Э70, Э85, Э100, Э125 и Э150 приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва и наплавленного металла в состоянии после сварки для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.
3. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами типов Э70, Э85, Э100, Э125 и 3150 с d_э≤3 мм. должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.

Согласно ГОСТ 9466—75, в условном обозначении электродов группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, в знаменателе (см. рис. 1.1) записывается так: первые два указывают минимальное значение σ_в, а третий — условно характеризует минимальные значения одновременно относительного удлинения δ₅ и критическую температуру хрупкости Т_x (табл. 1.3). При этом характеристики механических свойств определяются согласно требованиям ГОСТ 9466—75.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей

По ГОСТ 9467—75 эти электроды в зависимости от химического состава подразделяют на следующие типы: Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М. Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ.

Химический состав металла, наплавленного электрода для сварочной легированной теплоустойчивой стали, а также механические свойства наплавленного металла или металла шва должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.4.

Примечания: 1. Приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды.
2. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами с d _э 6 мм накладывают многослойные швы; процесс ведут с интервалом между наложением слоев. Обязательно накладывают отжигающий валик. Конструкции из закаливающихся сталей после сварки подвергают термической обработке.

Технология сварки теплоустойчивых молибденовых и хромомолибденовых сталей

Сборку конструкций выполняют без подкладных колец, с помощью приспособлений, исключающих прихватку или сводящих число прихваток к минимуму. Желательна разделка кромок с криволинейным скосом.

Перед сваркой при толщине металла δ_ме≥10 мм необходим предварительный, а в процессе сварки — сопутствующий подогрев. Последний исключают в тех случаях, когда сварку ведут два сварщика. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности.

При δ_ме≥5 мм применяют многослойную сварку. При сварке вертикальных стыков с δ_ме>30 мм, а также горизонтальных стыков усиление шва выполняют несколькими валиками. Последним накладывают отжигающий валик. После сварки проводят термическую обработку (высокий отпуск).

Некоторые марки электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей приведены в табл. 1.12.

* Сварка на постоянном токе обратной полярности.

Технология сварки высоколегированных сталей

Сварку выполняют специальными электродами (табл. 1.13) на постоянном токе обратной полярности; I_св на 10—20 % меньше, чем для малоуглеродистой стали. Сварку выполняют короткой дугой без поперечных колебаний конца электрода. Применяют укороченные электроды малого диаметра. Корень шва сваривают электродом с d_э=2÷З мм.

Сварку ведут на повышенных скоростях, многослойными швами с большим интервалом времени между наложением отдельных слоев.

Аустенитные стали при сварке усиленно охлаждают; швы аустенитных сталей, обращенные к агрессивной среде, сваривают в последнюю очередь. Дугу зажигают на шве, кратеры тщательно заплавляют.

Хромистые стали сваривают с подогревом до 200—400°С, после сварки охлаждают до 150—200°С и проводят высокий отпуск (нагрев в печи до 720—750°С с выдержкой в течение 5 мин на δ_ме=1 мм, но не менее 1 ч, с последующим охлаждением на воздухе; при содержании 17—20% Сr выдержку увеличивают до 10 мин на каждый миллиметр слоя δ_ме).

Окалиностойкие стали после сварки отпускают при 650°С. Ферритные стали (Х25, Х30) нагревают до 800—850°С и охлаждают в воде. Термическую обработку аустенитных сталей выполняют только для выравнивания структуры шва и основного металла и для предупреждения межкристаллитной коррозии (стабилизирующий отжиг — нагрев в течение 2—3 ч при 850—900°С или закалка в воду после нагрева до 1050—1100°С). Высокомарганцовистую аустенитную сталь (Г13Л) сваривают в закаленном состоянии (последнее определяют с помощью магнита — закаленная сталь немагнитна). Аустенитные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с применением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.

Контроль качества сварных соединений

Методы контроля качества сварных соединений установлены ГОСТ 3242—79. В нем определены методы контроля в зависимости от вида и размера дефектов, их расположения, толщины материалов, а также способов сварки.

Источник: Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.2. -M. 1996

Ручная дуговая сварка

Общие сведения, классификация, технологические возможности

При РДС (ручной дуговой сварке) зажигание дуги, поддержание ее длины во время сварки, перемещение вдоль свариваемых кромок и подача электрода в зону горения дуги по мере его расплавления осуществляется сварщиком вручную. Качество сварки соединения во многом зависит от квалификации сварщика: умения быстро зажигать дугу, поддерживать необходимую ее длину, равномерно перемещать дугу вдоль свариваемых кромок, выполнять требуемые колебательные движения электрода при сварке, сваривать шов в разных пространственных положениях.

По количеству электродов ручная дуговая сварка подразделяется на одно-, двух- и многоэлектродную (пучком электродов). По роду применяемого тока: на сварку при постоянном и переменном токе. Сваривать можно однофазной и трехфазной дугой.

Наиболее широкое распространение получила сварка металлическим плавящимся электродом на постоянном и переменном токе.

Другие методы ручной дуговой сварки применяются или для повышения производительности труда (например, сварка пучком электродов), или для получения определенных типов швов сварных соединений (например, при сварке с отбортовкой кромок), или при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов (например, сварка вольфрамовым электродом).

Технология ручной дуговой сварки

Свариваемые материалы

С помощью РДС, как правило, свариваются стали: углеродистые обыкновенного качества (по ГОСТ 380—88); углеродистые качественные конструкционные с нормальным (марок 10, 15 и 20) и повышенным (марок 15Г и 20Г) содержанием марганца (ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71 соответственно); низколегированные (ГОСТ 19282—73; ГОСТ 19281—73); легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71); теплоустойчивые (ГОСТ 20072—88); высоколегированные, а также жаростойкие и жаропрочные Fe—Ni сплавы) по ГОСТ 5632—72. Кроме того, с помощью РДС возможна сварка чугуна и цветных металлов (Al, Cu и их сплавов).

Электроды для РДС и примеры их промышленного применения

Для РДС плавящимся электродом применяют электроды, представляющие собой стержни из сварочной проволоки (длиной 0,225—0,450 м) с электродным покрытием. Покрытие наносят с целью: поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия O₂ и N₂ воздуха; образования на поверхности сварочной ванны и металла шва слоя шлака, защищающего ванночку от доступа воздуха и замедляющего охлаждение шлака; раскисления металла шва и его легирования.

Для изготовления электродных стержней применяют проволоку из стали и цветных металлов. При сварке чугуна, бронзы и некоторых других металлов применяют также литые электродные стержни.

По ГОСТ 2246—70 холоднотянутая сварочная проволока маркируется следующим образом: малоуглеродистая — Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА и СВ-10Г2; легированная — Св-08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМТ и т. д. (всего 30 марок); высоколегированная Св-12Х11НМФ, Св-10Х11НВМФ, Св-12X13, Св-20Х13, Св-06Х14, Св-08Х14ГНТ и т. д. (всего 41 марка).

Общие требования к электродам

Согласно ГОСТ 9466—75 по назначению электроды подразделяются для сварки: У — углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤600 МПа; Л — легированных конструкционных сталей с σ_в≤600 МПа, Т — легированных теплоустойчивых сталей, В — высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Электроды для сварки стали подразделяются на типы — по ГОСТ 9467—75 и ГОСТ 10052—75 и на марки — по стандартам или ТУ (при этом каждому типу электрода может соответствовать одна или несколько марок).

По толщине покрытия в зависимости от отношения D/d_э (D — диаметр покрытия, d_э — диаметр электрода, определяемый диаметром стержня) электроды подразделяют:

М — с тонким (D/d_э≤1,20), С — со средним (l,20 _э≤1.45), Д — с толстым (l,45 _э≤l,80) и Г — с особо толстым (D/d_э>1,80) покрытием.

В зависимости от покрытия электроды подразделяют на виды: А (кислое покрытие), Б (основное покрытие), Ц (целлюлозное), Р (рутиловое) и П (покрытия прочих видов). При покрытии смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. При наличии в покрытии железного порошка в количестве >20 % к обозначению вида покрытия добавляется буква Ж.

По допустимым пространственным положениям сварочные электроды подразделяют на группы: 1 — для всех положений; 2 — для всех положений, кроме сварки вертикальной «сверху вниз»; 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального «снизу вверх»; 4 — для нижнего и нижнего «в лодочку».

По роду и полярности применяемого I_св, а также по номинальному напряжению U_х.х используемого источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяют в соответствии с табл. 1.1.

Структура условного обозначения электродов согласно ГОСТ 9466—75 показана на рис. 1.1. Полное условное обозначение электрода должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.

Типы покрытых электродов для сварных конструкционных и теплоустойчивых сталей

Требования к металлическим покрытым электродам для РДС углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных, а также легированных теплоустойчивых сталей устанавливает ГОСТ 9467—75.

Электроды для сварки конструкционных сталей подразделяют на следующие типы по механическим свойствам металла шва, наплавляемого металла и сварных соединений при нормальной температуре:

— Э38, Э42, Э46 и Э50 —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤500 МПа;

— Э42А, Э46А и Э50А —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σ_в≤500 МПа, когда к металлу шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

— Э55 и Э60 — для таких же сталей с σ_в = 500÷600 МПа;

— Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 —для сварочных легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с σ_в≥600 МПа.

Химический состав металла, наплавленного электродами указанных выше типов, должен соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва, наплавленного металла и сварочного соединения должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.2.

Примечания: 1. Для электродов типов Э38, Э42. Э46. Э50. Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60 приведенные значения механических свойств установлены в состоянии после сварки, без ТО (термической обработки). После ТО механические свойства для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов.
2. Для электродов типов Э70, Э85, Э100, Э125 и Э150 приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва и наплавленного металла в состоянии после сварки для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.
3. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами типов Э70, Э85, Э100, Э125 и 3150 с d_э≤3 мм. должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.

Согласно ГОСТ 9466—75, в условном обозначении электродов группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, в знаменателе (см. рис. 1.1) записывается так: первые два указывают минимальное значение σ_в, а третий — условно характеризует минимальные значения одновременно относительного удлинения δ₅ и критическую температуру хрупкости Т_x (табл. 1.3). При этом характеристики механических свойств определяются согласно требованиям ГОСТ 9466—75.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей

По ГОСТ 9467—75 эти электроды в зависимости от химического состава подразделяют на следующие типы: Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М. Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ.

Химический состав металла, наплавленного электрода для сварочной легированной теплоустойчивой стали, а также механические свойства наплавленного металла или металла шва должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.4.

Примечания: 1. Приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды.
2. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами с d _э 6 мм накладывают многослойные швы; процесс ведут с интервалом между наложением слоев. Обязательно накладывают отжигающий валик. Конструкции из закаливающихся сталей после сварки подвергают термической обработке.

Технология сварки теплоустойчивых молибденовых и хромомолибденовых сталей

Сборку конструкций выполняют без подкладных колец, с помощью приспособлений, исключающих прихватку или сводящих число прихваток к минимуму. Желательна разделка кромок с криволинейным скосом.

Перед сваркой при толщине металла δ_ме≥10 мм необходим предварительный, а в процессе сварки — сопутствующий подогрев. Последний исключают в тех случаях, когда сварку ведут два сварщика. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности.

При δ_ме≥5 мм применяют многослойную сварку. При сварке вертикальных стыков с δ_ме>30 мм, а также горизонтальных стыков усиление шва выполняют несколькими валиками. Последним накладывают отжигающий валик. После сварки проводят термическую обработку (высокий отпуск).

Некоторые марки электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей приведены в табл. 1.12.

* Сварка на постоянном токе обратной полярности.

Технология сварки высоколегированных сталей

Сварку выполняют специальными электродами (табл. 1.13) на постоянном токе обратной полярности; I_св на 10—20 % меньше, чем для малоуглеродистой стали. Сварку выполняют короткой дугой без поперечных колебаний конца электрода. Применяют укороченные электроды малого диаметра. Корень шва сваривают электродом с d_э=2÷З мм.

Сварку ведут на повышенных скоростях, многослойными швами с большим интервалом времени между наложением отдельных слоев.

Аустенитные стали при сварке усиленно охлаждают; швы аустенитных сталей, обращенные к агрессивной среде, сваривают в последнюю очередь. Дугу зажигают на шве, кратеры тщательно заплавляют.

Хромистые стали сваривают с подогревом до 200—400°С, после сварки охлаждают до 150—200°С и проводят высокий отпуск (нагрев в печи до 720—750°С с выдержкой в течение 5 мин на δ_ме=1 мм, но не менее 1 ч, с последующим охлаждением на воздухе; при содержании 17—20% Сr выдержку увеличивают до 10 мин на каждый миллиметр слоя δ_ме).

Окалиностойкие стали после сварки отпускают при 650°С. Ферритные стали (Х25, Х30) нагревают до 800—850°С и охлаждают в воде. Термическую обработку аустенитных сталей выполняют только для выравнивания структуры шва и основного металла и для предупреждения межкристаллитной коррозии (стабилизирующий отжиг — нагрев в течение 2—3 ч при 850—900°С или закалка в воду после нагрева до 1050—1100°С). Высокомарганцовистую аустенитную сталь (Г13Л) сваривают в закаленном состоянии (последнее определяют с помощью магнита — закаленная сталь немагнитна). Аустенитные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с применением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.

Контроль качества сварных соединений

Методы контроля качества сварных соединений установлены ГОСТ 3242—79. В нем определены методы контроля в зависимости от вида и размера дефектов, их расположения, толщины материалов, а также способов сварки.

Источник: Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.2. -M. 1996

Основные принципы ручной дуговой сварки

Один из видов неразъемного соединения материалов, проводимый в ручном режиме – это ручная дуговая сварка. Она основана на действии электрической дуги, возникающей при контролируемом коротком замыкании.

Сварщик вручную управляет электродом и при необходимости подает присадочный материал. Хотя производительность ручного метода не высока, его часто используют в домашних условиях. Оборудование для него вполне доступно, и обучиться ручной сварке при желании может каждый.

Краткий обзор технологии

Когда применяется ручная электродуговая сварка, происходит быстрый разогрев металла до температуры плавления воздействием электрической дуги, возникающей как эффект пробоя воздуха между электродом и массой (свариваемыми деталями). В сварной шов вводится дополнительный материал, что позволяет заполнить зазор между свариваемыми деталями.

В точке нагрева образуется так называемая сварочная ванна, которая представляет собой зону смешивания расплавленного металла детали с маериалом присадки.

Вверх всплывает легкий расплавленный шлак — это сгоревшая обмазка плавящегося электрода или остатки стержня неплавящегося. Шлак защищает раскаленный металл от вредного влияния газов, находящихся в атмосфере.

Это влияние может привести к окислению шва и проникновению в его структуру атомов газа, в результате чего шов не приобретет требуемой прочности.

Ручная дуговая сварка производится плавящимся либо неплавящимся электродом. Первый сам по себе является присадочным материалом, второй требует введения в расплав присадочной проволоки.

Существуют различные технологии сварки вручную. Наименее сложная и затратная из них требует наличия только сварочного аппарата переменного или постоянного тока и необходимой амуниции для сварщика, но подходит этот способ, как правило, только для черных металлов, нормально переносящих контакт с кислородом. Для защиты сварочной ванны, где оплавляется сталь и железо, достаточно только среды, выделяемой защитной обмазкой электрода.

Более сложные способы, такие, как, например, аргонодуговая сварка, требуют наличия специальной горелки с соплом, через которую подается аргон либо другой защитный газ.

Сварочную дугу инициирует короткое замыкание при контакте электрода с массой. Температура дуги может достигать 5000 °C.

Назначение

Применение ручной дуговой сварки очень широко — от бытовых работ по дому и даче до промышленности, в том числе высокотехнологичной. Среди основных отраслей промышленности и народного хозяйства, где она используется, можно выделить:

• различные сервисные и ремонтные работы, например, автомобильной техники;
• сварку труб для воды, газа, нефтепродуктов.;
• кораблестроение (сварка листов корпуса);
• многие виды машиностроения.

Принцип ручной сварки часто применяется для наплавок на поверхность детали иного металла. В быту ручным дуговым методом сваривают беседки, скамейки, мангалы, качели, проводят ремонт металлических изделий.

Технические возможности

Ручная сварка имеет существенные ограничения по толщине свариваемых деталей, это ее основной недостаток. Как правило, листы толще 10 мм этим способом не сваривают.

К другим можно отнести сравнительно низкую скорость процесса и прямую зависимость результата от мастерства сварщика. Процесс ручной сварки, как и любой ручной процесс, трудно стандартизировать: результат зависит от многих факторов. Среди них:

• тип источника тока;
• мощь источника;
• характеристика и свойства обрабатываемого сплава;
• толщина кромок;
• соответствие электродов возложенной на них задаче;
• грамотно подобранный режим сварки.

Особенности дуговой сварки заключаются в том, что для ее продуцирования используется сравнительно малое напряжение — и очень большой ток. Напряжение дуги составляет от 30 до 90 В (многие сварочные аппараты для бытового применения рассчитаны на среднее значение — 48 В), но очень большую силу тока — от 90 до 350 А.

Подбор сварочных параметров

Основные параметры дуговой сварки — это сила тока и напряжение (но оно фиксировано). Частота имеет меньшее значение, так как в настоящее время применяются, как правило, установки для сварки постоянным током — инверторы.

Для сварки с помощью электричества, вне зависимости от способа, действует прямая пропорциональная зависимость: чем толще металл, тем больше должна быть сила тока при фиксированном напряжении. Для сравнения: листы толщиной 3 мм варят током 175-185 А, 5 мм — не менее 200 А, 10 мм — 300-330 А.

Настоятельно рекомендуется, во избежание прожига и сильного разбрызгивания металла, варить минимальным током, какой только возможен.

Но при этом очень большое значение имеет также толщина сварочного электрода, и его соответствие по химическому составу тому металлу, который предполагается обрабатывать.

Стандартный электрод для дуговой сварки имеет толщину 3 мм. Он пригоден для сваривания деталей с толщиной кромок 2-3 мм. Для более толстого металла можно руководствоваться правилом, что диаметр электрода должен быть на 1-2 миллиметра меньше толщины металлических пластин, которые с его помощью предполагается соединить.

Максимальная толщина электродов, выпускаемых промышленностью, составляет 6 мм. Они пригодны для сварки десятимиллиметровых стальных листов.

Каждая пачка электродов имеет свою маркировку, указывающую, для каких целей они предназначены.

Что значит маркировка

Невозможно представить ручную дуговую сварку без электродов. Их маркировка определяет, для каких металлов они предназначены, какую толщину и состав покрытия имеют, в в каком положении их надо держать при сварке (вертикально, горизонтально, под углом), для каких металлов предназначаются. Характер маркировки — буквенно-цифровой.

Первой после названия и марки электрода идет буква, определяющая его назначение. У — для низколегированных и среднеуглеродистых сталей, Т — для теплоустойчивых легированных. Буква Н — для наплавок, А — для пластичных металлов.

Далее следует буква, обозначающая толщину покрытия. М — тонкое покрытие, С — среднее, Д — толстое, Г — особо толстое.

Толщина покрытия определяется в процентах по отношению к самому стержню.

Следующая буква кода означает тип электрода. Если это буква Е, то электрод плавящийся.

Далее следуют цифры, которые характеризуют предел прочности на растяжение, относительное удлинение и температуру сохранения ударной вязкости. Они имеют значение только для профессиональных сварщиков, работающих на особо ответственном производстве.

За ними идут одна или две буквы, означающие материал обмазки электрода. А означает кислотное соединение, Б — щелочное, Ц — целлюлозное, Р — рутиловое, П — прочие виды. Возможны смешанные типы обмазки, такие, как РЦ.

Последние две цифры кода означают одни из самых важных параметров — положение в пространстве, в котором можно производить ручную дуговую сварку, и характеристики тока для сварки.

Например, код «13» следует читать как 1 и 3. 1 — варить можно в любом пространственном положении, 3 — необходимо использовать ток обратной полярности либо переменный напряжением 50 В.

Разновидности оборудования

Оборудование для ручной дуговой сварки, как правило, представляет собой сварочный аппарат трансформаторного или инверторного типа, снабженный шнуром подключения к источнику питания и двумя контактными шнурами с держателями для электрода и для массы.

Разница между аппаратами в том, что трансформатор варит только переменным током, а инвертор или полуавтомат имеет функцию выпрямления тока для лучшего качества дуговой сварки и возможности работать в прямой или обратной полярности.

При прямой полярности проводящий стержень подключают к минусу, а деталь — к плюсу. Обратная, соответственно, наоборот. Разные виды металлов и сплавов требуют сварки либо в прямом, либо в обратном режиме.

Требования ГОСТа

На ручную дуговую сварку распространяются требования ГОСТа 5264 80 и ГОСТа 11534 75. Это основные нормативы, которыми нужно руководствоваться при сварочных работах.

Первый — ГОСТ 5264 80 — регламентирует технологию создания сварных соединений различной конфигурации из сталей, чистого никеля и сплавов никеля с железом.

Он состоит из большого числа таблиц, в которых приведены чертежи типов соединений, которым нужно соответствовать. В ГОСТе указываются также пределы допустимых погрешностей и другие важные числовые параметры.

ГОСТ 11534 75 описывает основные типы, размеры и конструктивные особенности изделий из низколегированных и углеродистых сталей, которые можно подвергать скреплению методом ручной дуговой сварки плавящимся электродом.

На методологию сварки электродом неплавящимся он не распространяется. Документ также состоит из таблиц, содержащих примеры соединений, допустимые пределы погрешностей, толщины и углы соединяемых деталей.