Подробнее об электродуговой сварке

Содержание:

1. 1. Поджиг дуги
2. 2. Сварочный процесс
3. 3. Типы сварных швов
4. 4. Особенности и виды сварочных аппаратов
5. 5. Достоинства и недостатки

Сварка ММА (Manual Metal Arc) – это ручная электродуговая сварка штучным покрытым электродом. В 1882 году русский ученый Н.Н. Бенардос впервые применил электрическую сварку угольными электродами для соединения металлических деталей. Несмотря на невысокое качество получаемого сварного шва, этот процесс приобрел широчайшее применение во многих отраслях промышленности Поворотным моментом в улучшении качества сварки и, соответственно, приобретении ее современного вида можно считать 1907 год, когда изобретатель О. Кьельберг создал первый штучный электрод, покрытый силикатным клеем в качестве обмазки.

Суть этого сварочного способа состоит в следующем: на деталь и электрод подается ток (он может быть как переменным, так и постоянным) Он способствует возникновению дуги и ее стабильному горению. Она расплавляет электрод вместе с обмазкой до образования капель со шлаком, которые потом становятся частью сварочной ванны. В ванне расплавленный материал перемешиваются с расплавленным металлом детали, а шлак выходит на поверхность шва.

Поджиг дуги

В процессе электродуговой сварки металлов используется тепловая энергия электрической дуги, возникающая при замыкании простейшей электрической цепи.

Дуга, в зависимости от типа источника тока, может обладать крутопадающими, пологопадающими или жесткими внешними вольтамперными характеристиками. Возникает она между торцом электрода и поверхностью свариваемого металла при пропускании через них электрического тока.

Возбуждение дуги возможно двумя способами.

В первом случае ее образование происходит при кратковременном касании электродом свариваемой поверхности и его резкого отрыва.

Во втором варианте – при «чиркающих» прикосновениях электрода с последующим отрывом от поверхности на определенное расстояние. Для равномерного стабильного горения дуги электрод всегда нужно держать на небольшом расстоянии от поверхности детали. Если этот промежуток увеличится, то дуга дестабилизируется и исчезнет, а если уменьшится – электрод прилипнет к свариваемому металлу.

На выбор этого расстояния – между электродом и деталью – влияет степень эластичности электрической дуги, а она, в свою очередь, зависит от настроек вольтамперных характеристик. Изменяя расстояние, можно регулировать силу тока, а значит, глубину провара металла, степень расплавления и т.д.

Сварочный процесс

Аппаратную основу для данного вида составляет источник тока (различный по внутреннему устройству) и два разнополярных кабеля для подведения тока непосредственно к месту сварки. Один кабель оканчивается зажимом клеммы (крепится на деталь), другой – держателем электрода (для удержания электрода на оптимальном от детали расстоянии).

Под тепловым воздействием дуги металл детали плавится и образуется сварочная ванна. Когда электрический ток перестает поступать через деталь, ванна остывает и кристаллизуется, образуя сварное соединение. Вместе с плавлением металла детали происходит расходование материала самого электрода. Его металл каплями переходит в сварную ванну (крупнокапельный и мелкокапельный перенос).

Первые электроды для сварки не имели покрытия и представляли собой обычную стальную проволоку без обмазки, поэтому переход электродного металла не вызывал существенных изменений в составе сварного шва. Так же отсутствовала газовая и шлаковая защита от вредного воздействия газообразных компонентов воздуха и как следствие появлялась пористость шва, трещины и т.д. Применение покрытых обмазкой электродов коренным образом поменяло эту ситуацию. Такие электроды представляют собой стальной пруток, имеющий сплошную обмазку, различную по своему химическому составу. При их использовании вместе с электродным металлом в сварочную ванну переходят и компоненты обмазки, меняя химический состав и свойства металла сварного шва. Также элементы обмазки, сгорая, образуют газообразные соединения, которые локальным облаком окутывают область электрической дуги и ограждают расплавленный металл сварочной ванны от пагубного воздействия атмосферных газов.

Не расплавившаяся и не превратившаяся в газ часть электродной обмазки образует шлаковую корочку на поверхностях сварной ванны и сварного шва, защищая их от компонентов воздуха в процессе кристаллизации и полного остывания.

Типы сварных швов

Классификация швов происходит по многим параметрам.

1. По положению в пространстве все швы, полученные с помощью ручной электродуговой сварки, делятся следующим образом.
   • Потолочные швы — самый сложный вид из всех, так как во время его выполнения образуется очень много шлака. При сварке концы электрода нужно время от времени ненадолго замыкать в сварочную ванну. Благодаря этим замыканиям размер сварочной ванны существенно сокращается, потому что часть расплавленного металла кристаллизуется.
   • Вертикальные швы имеют два варианта исполнения: на спуск и подъем. Рекомендуется выбирать последний вариант: наваренный ранее материал уже частично закристаллизовался и дополнительно фиксируется расплавленным металлом, наваренным позже. Шов на подъем рекомендуется применять, если нужно варить непосредственно корень шва или кромки. Материал электрода, расплавляясь, будет попадать в сварочную ванну. Однако у этого способа есть минусы, и самый главный — шлак в виде чешуи, который возникает на поверхности шва. Шов на спуск выполнить намного легче, однако его основным недостатком являются трудности в получении качественного шва: расплавленный металл детали, а также образовавшийся шлак скапливаются под дугой. Это приводит к тому, что расплавленный металл просто вытекает.
   • Горизонтальный шов выполнить труднее, чем вертикальный, из-за того что из сварочной ванны металл попадает на нижнюю кромку детали. Вот почему на верхней кромке может возникнуть подрез. Поэтому, если вам необходимо соединить две детали большой толщины, надо сделать скос только верхней кромки. Нижняя же требуется, чтобы расплавленный металл оставался в ванне.
2. По протяженности швы бывают прерывистыми и непрерывными. Первые подходят для случаев, когда нет необходимости в высокой плотности сварного шва. Один участок такого шва может иметь протяженность до 150 мм, а шаг шва (расстояние между двумя соседними участками) обычно равняется полутора-двум длинам участка шва. Прерывистый шов используется довольно часто: его использование позволяет сократить время, затрачиваемое на выполнение работы, а также сократить количество наплавляемого металла.
3. По выпуклости (количеству наплавленного металла) различают вогнутые, выпуклые и нормальные швы. На выпуклость шва влияет тип используемых электродов: оснастка с тонким покрытием образует выпуклый шов, а толстопокрытые электроды (из-за высокой текучести металла) используются для нормальных швов. Выпуклые швы не отличаются прочностью, особенно при влиянии высоких нагрузок или вибраций.
4. По типу соединения различают угловые и стыковые швы. Первые целесообразно использовать, когда нужны соединения внахлест, тавровые, торцовые, угловые и т.д. Стыковые, как видно из названия, используются для соединения двух кромок деталей, расположенных торцами друг к другу. Предварительно их нужно хорошо очистить от посторонней грязи, которая может мешать продвижению электрода. Чаще всего кромки деталей для стыкового шва имеют V-образную форму, т. е. находятся под углом друг к другу. При этом шов можно накладывать в один слой или в несколько.

Особенности и виды сварочных аппаратов

Аппараты для ручной дуговой сварки штучным электродом делятся на:

• сварочные трансформаторы,
• сварочные выпрямители,
• сварочные аппараты-инверторы

Каждый из них обладает своими характеристиками, имеет свои достоинства и недостатки. Для сварки ММА может использоваться переменный или постоянный ток. При применении переменного тока дуга менее устойчива и нужны более развитые профессиональные навыки для ее поддержания, а качество шва уступает таковому при применении постоянного тока. Также постоянный ток иногда является единственным выбором для сварки некоторых металлов и их сплавов.

Кроме постоянства тока может варьироваться и его полярность. При положительном заряде на детали она прямая, на электроде – обратная. Смена полярности тока часто является незаменимым условием при сварке определенных металлов. Так, например, алюминий можно варить только постоянным током обратной полярности в связи с его способностью образовывать прочную и эластичную оксидную пленку на поверхности сварной ванны.

Наличие дополнительных функций, таких как «горячий» старт, антиприлипание позволяет существенно облегчить сварку покрытым электродом, даже для новичка. В зависимости от положения шва в пространстве будет варьироваться положение электрода при сварке. Сварочные швы также различаются по форме в зависимости от колебательных движений конца электрода.

Достоинства и недостатки

Достоинством ММА сварки является возможность работы с любыми металлами во всех пространственных положениях, практически при всех атмосферных условиях. Для этого необходим лишь правильный подбор электрода. Этот метод делает возможной сварку в труднодоступных местах и ограниченном пространстве.

Сварка штучными электродами имеет и ряд недостатков. Это сравнительно низкая производительность, высокая зависимость качества сварного шва от профессиональных навыков сварщика, вредные условия труда в связи с испарением различных химических примесей электродных обмазок и самого свариваемого металла.

Но, несмотря на все выше перечисленное, этот вид сварки до сих пор является одним из лидеров по популярности и широте использования во всевозможных промышленных направлениях, в строительстве и научных разработках, в бытовом и профессиональном применении.