Ручна дугова зварка

Ручна дугова зварка - це зварювання покритим металевим електродом. Є найстарішою і універсальною технологією дугового зварювання.

загальноприйняті позначення

РДС - ручна дугова зварка (переважно в радянській літературі);
MMA - Manual Metal Arc (Welding) - ручна металева дугова зварка;
SMAW - Shielded Metal Arc Welding - металева дугова зварка в захисній атмосфері;
E - міжнародний символ ручного дугового зварювання.

Технологія ручного дугового зварювання

Для освіти і підтримки електричної дуги до електрода і зварювального виробу (див. Малюнок) від джерела живлення підводиться зварювальний струм (змінний або постійний).

Малюнок. Ручна дугова зварка

Якщо позитивний полюс джерела живлення (анод) приєднаний до виробу, кажуть, що ручна дугова зварка проводиться на прямій полярності. Якщо на виробі негативний полюс, то полярність зворотна. Під дією дуги розплавляються металевий стрижень електрода (електродний метал), його покриття і метал вироби (основний метал). Електродний метал у вигляді окремих крапель, покритих шлаком, переходить в зварювальну ванну, де змішується з основним металом, а розплавлений шлак спливає на поверхню.

Розміри зварювальної ванни залежать від режимів та просторового положення зварювання, швидкості переміщення дуги по поверхні виробу, конструкції зварного з`єднання, форми і розміру оброблення крайок, що зварюються і т.д. Вони зазвичай знаходяться в наступних межах: глибина до 6 мм, ширина 8-15 мм, довжина 10-30 мм.

Довжина дуги - відстань від активного плями на поверхні зварювальної ванни до іншого активного плями на розплавленої поверхні електрода. В результаті плавлення покриття електрода навколо дуги і над зварювальної ванній утворюється газова атмосфера, відтісняють повітря із зони зварювання для запобігання його взаємодії з розплавленим металом. У газовій атмосфері також присутні пари легуючих елементів, основного і електродного металів.

Шлак, покриваючи краплі розплавленого електродного металу і поверхню зварювальної ванни, перешкоджає їх взаємодії з повітрям, а також сприяє очищенню розплавленого металу від домішок.

У міру віддалення дуги метал зварювальної ванни кристалізується з утворенням шва, що з`єднує зварювані деталі. На поверхні шва утворюється шар затверділого шлаку.

Способи запалювання дуги при ручного дугового зварювання

Дуга запалюється короткочасним дотиком кінця електрода до зварювального виробу. В результаті протікання струму короткого замикання і наявності контактного опору торець електрода швидко нагрівається до високої температури, при якій після відриву електрода відбувається іонізація газового проміжку і виникає зварювальний дуга. Для надійного запалювання дуги зварник повинен відводити електрод від виробу на висоту 4-5 мм, так як при більшій відстані між кінцем електрода і виробом дуга не виникає.

Зазвичай запалювання дуги здійснюється або прямим відривом електрода після короткого замикання (А на малюнку нижче), або ковзаючим рухом кінця електрода (Б на малюнку нижче).

Малюнок. Запалювання дуги при ручного дугового зварювання

Ведення дуги проводиться таким чином, щоб забезпечити проплавление зварювальних кромок і отримати необхідну якість наплавленого металу при хорошому формуванні. Це досягається шляхом підтримання сталості довжини дуги і відповідного переміщення кінця електрода.

Переміщення електрода при ручного зварювання

У процесі зварювання електроду повідомляється рух в трьох напрямках. Перше рух - поступальний, направлено по осі електрода. Цим рухом підтримується постійна довжина дуги в залежності від швидкості плавлення електрода. Довжина дуги при ручному зварюванні в залежності від умов зварювання і марки електрода повинна бути в межах (0,5-1,2) dел. Надмірне зменшення довжини дуги погіршує формування шва і може призвести до короткого замикання. Надмірне збільшення довжини дуги призводить до зниження глибини провару, збільшення розбризкування електродного металу і погіршення якості шва як за формою, так і за механічними властивостями, а при зварюванні електродами з покриттям основного виду - і до пороутворення.

Друге рух - переміщення електрода уздовж осі валика для утворення шва. Швидкість цього руху встановлюється в залежності від сили струму, діаметру електрода, швидкості його плавлення, виду шва та інших факторів. При відсутності поперечних рухів електрода виходить вузький шов (нитковий валик) шириною приблизно 1,5 діаметра електрода. Такі шви застосовують при зварюванні тонких листів, накладення першого (кореневого) шару багатошарового шва, зварювання за способом обпирання і в інших випадках.

Третє рух - переміщення електрода поперек шва для отримання необхідних ширини шва і глибини проплавлення. Поперечні коливальні рухи кінця електрода визначаються формою оброблення, розмірами і положенням шва, властивостями зварюваного матеріалу, навичкою зварника (див. Малюнок нижче). Ширина швів, одержуваних з поперечними коливаннями, зазвичай становить 1,5-5 діаметрів електрода.

Малюнок. Основні види траєкторій поперечних рухів кінця електрода при слабкому (А, Б), посиленому (Е-Ж) прогріванні зварювальних кромок, посиленому прогріванні однієї кромки (З, І), прогріванні кореня шва (К).

Техніка ручного зварювання в різних просторових положеннях

Техніка виконання ручного дугового зварювання багато в чому залежить від просторового положення зварного шва. При зварюванні розрізняють нижню (0-60 °), вертикальне (60-120 °) і стельове (120-180 °) положення (див. Малюнок).

Малюнок. Різні положення вироби при ручного дугового зварювання

Ручна дугова зварка в нижньому положенні

У разі ручного зварювання в нижньому положенні основна проблема полягає в тому, щоб забезпечити повне проплавлення перетину без освіти прожогов.

На малюнку наведені різні варіанти виконання швів в нижньому положенні. При зварювання односторонніх швів на вазі (малюнок А), як правило, дуже важко уникнути непроварів або прожогов, тому для односторонніх швів зазвичай застосовують способи утримання зварювальної ванни:

• зварювання на знімній мідної підкладці (малюнок Б);
• зварювання на що залишається сталевий підкладці (малюнок В);
• накладення підварювального шва (рисунок Г);
• вирубка непровару з подальшою заваркою кореня шва (рисунок Д).

Малюнок. Способи утримання зварювальної ванни
1 - знімна мідна підкладка 2 - залишається сталева підкладка 3 - основний шов- 4 - підварювального шов

Зварювання кутових швів в нижньому положенні можна виконувати двома способами: при повороті вироби на 45 ° (так зване положення «у човник») і похилим електродом (див. Малюнок нижче). Сварка «у човник» більш краща, тому що при зварюванні похилим електродом через набрякання розплавленого металу важко попередити підріз по вертикальній площині і забезпечити проварена по нижній площині.

Малюнок. Техніка виконання кутових швів при ручного дугового зварювання:
А - «у човник» - Б - похилим електродом

Ручна дугова зварка в вертикальному положенні

У разі ручного зварювання у вертикальному положенні стікання розплавленого металу також робить істотний вплив на формування шва і глибину проплавлення (див. Малюнок). Вертикальні шви зазвичай виконують на підйом. У цьому випадку вдається забезпечувати необхідний проварена і підтримувати розплавлений метал на крайках. Однак продуктивність зварювання низька і збільшується при зварюванні на спуск. Однак через малу глибину проплавлення це можливо тільки для тонкого металу і при застосуванні спеціальних електродів.

Малюнок. Ручна дугова зварка швів у вертикальному положенні

Особливо несприятливі умови формування шва спостерігаються при виконанні на вертикальній площині горизонтальних швів, так як розплавлений метал натекает на нижню зварювану деталь.

Ручна дугова зварка в стельовому положенні

Досить складна і ручне зварювання в стельовому положенні. Розплавлений метал в зварювальної ванні в цьому випадку утримується від витікання силою поверхневого натягу (див. Малюнок). Тому необхідно, щоб вага розплавленого металу не перевищив цю силу. Для цього прагнуть зменшити розміри зварювальної ванни, виконуючи зварювання періодичними короткими замиканнями, даючи можливість металу шва частково закристалізуватися. Застосовують також зменшені діаметри електродів, знижують силу зварювального струму, використовують спеціальні електроди, що забезпечують отримання в`язкої зварювальної ванни

Малюнок. Формування ванни і шва при ручного дугового зварювання в стельовому положенні

Переваги ручного дугового зварювання

• можливість зварювання в будь-яких просторових положеннях;
• можливість зварювання в місцях з обмеженим доступом;
• порівняно швидкий перехід від одного зварюваного матеріалу до іншого;
• можливість зварювання найрізноманітніших сталей завдяки широкому вибору випускаються марок електродів;
• простота і транспортабельність зварювального устаткування.

Недоліки ручного дугового зварювання

• низькі ККД і продуктивність в порівнянні з іншими технологіями зварювання;
• якість з`єднань багато в чому залежить від кваліфікації зварника;
• шкідливі умови процесу зварювання.