Технологический процесс ручной дуговой сварки

Технологический процесс ручной дуговой сварки пред­полагает определенный порядок операций по выполнению сварного шва:

• подготовка кромок металла под сварку;

• сборка свариваемых торцов изделия;

• выбор режимов сварки;

• контроль сварного соединения;

• термообработка сварного шва.

§ 19. Сборка сварного соединения

Сборка является ответственной операцией технологи­ческого процесса сварки, так как от точного шва зависит его прочность.

Применяются следующие способы сборки и сварки кон­струкций:

• Сборка узла или конструкции в целом с последую­щей сваркой; этим способом при нескольких свароч­

ных операциях изготовляются простые узлы и кон­струкции, состоящие из 2—3 заготовок,

• Последовательная сборка и сварка путем наращива­ния отдельных элементов. Применяется в тех случа­ях, когда невозможно полностью сварить собранную конструкцию. Этот способ малопроизводителен.

• Поузловая сборка и сварка с последующей сборкой и сваркой конструкций из этих узлов. Данный способ наиболее прогрессивный и сейчас широко распрост­ранен. В этом случае ускоряется процесс изготовле­ния конструкций и улучшается качество выполнения сварочных работ, так как сварку узлов осуществляют в заводских условиях или на специализированных участках стройплощадок с использованием приспо­соблений. Применяется при изготовлении, например, судов, вагонов, цистерн, резервуаров, мостов, карка­сов зданий и других изделий.

В процессе сборки сварного соединения контролируют­ся основные параметры, значения которых устанавливают­ся ГОСТ 5264-80 (табл. 20).

• Угол разделки для РДС должен иметь оптимальное значение. Контроль осуществляется шаблоном (рис. 31) или угломером. Меньшая величина угла раскрытия кромок не обеспечивает нормального формирования корневого шва и вызывает появление дефектов сварно­го шва в виде непровара и шлаковых включений. Боль­шая величина угла разделки вызывает повышенный расход электродов.

• Величина зазора влияет на глубину провара в зависи­мости от его толщины и измеряется с помощью спе­циальных щупов (рис. 31, г, д).

Малая величина зазора может вызвать непровар основ­ного металла, большая — прожог.

Рис. 31. Проверка качества сборки: а — угла раскрытия кромки; б — прямого угла; в — превышения кромки; г — зазора между листами при сварке внахлестку; д — зазора при сварке втавр и встык

• Величина притупления для V – и Х-образных соеди­нений устанавливается в зависимости от толщины свариваемого металла, измеряется с помощью стан­дартных измерительных средств. Малая величина притупления может вызвать прожог корневого шва, большая — непровар корня шва.

Рис. 32. Сборка на стяжных уголках стыков труб диаметром оолее 100 мм

• Смещение кромок влияет на потерю прочности свар­ного шва, регулируется с помощью специальных при­способлений (рис. 32), измеряется специальным шаб­лоном (рис. 31, в).

Сборка сварных соединений производится на специаль­ных стендах или площадках с применением приспособле­ний по шаблонам или по разметке в соответствии с ГОСТ 5264-80 (табл. 20).

Стыковая сварка соединений деталей неодинаковой тол­щины при разнице, не превышающей значений, указанных в табл. 19, производится так же, как для деталей одинако­вой толщины. Конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры шва следует выбирать по большей тол­щине.

Допустимая наибольшая разность толщин стыкуемых деталей, свариваемых без скоса кромок

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.

Читайте также:  Крученый провод для открытой проводки

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.

Читайте также:  Печь для плавки латуни своими руками

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.

Выбор параметров режима

Род и полярность тока определяют в зависимости от марки стали, толщины стенки трубы, марки покрытого электрода.

Сварочный ток обуславливается диаметром электрода dэ (мм), который выбирают в зависимости от толщины трубы:

Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали:

Высоколегированные хромоникелевые стали:

Напряжение на дуге определяется ее длиной. Оптимальную длину дуги выбирают между минимальной (0,5dэ) и максимальной (dэ+1).

Скорость сварки сварщик назначает в зависимости от требуемых геометрических размеров шва или наплавляемого валика.

Ориентировочные режимы сварки

Диаметр электрода, мм

Сварочный ток (А) при положении шва

При сварке труб малого (до 100 мм) диаметра с толщиной стенки 2-10 мм из углеродистых, низколегированных и теплоустойчивых сталей:

  • стык собирают в приспособлениях и прихватывают ручной аргонодуговой сваркой в одной или двух точках, расположенных симметрично;
  • стык, скрепленный одной прихваткой, сразу же обваривают, начиная со стороны, противоположной прихватке;
  • при толщине стенки менее 3 мм прихватку выполняют электродом диаметром не более 2,5 мм.

Стыки труб со стенкой толщиной более 4 мм сваривают не менее чем в два слоя:

I – корневой шов (слой); II – облицовочные валики (слои); 1; 2; 3; 4; 5 – очередность выполнения

Читайте также:  Как разобрать батарею ноутбука асус

Очередность ручной сварки стыков труб диаметром менее 100 мм

С двумя прихватками длиной 10-15 мм, высотой 3-4 мм С одной прихваткой длиной 10-20 мм, высотой 3-4 мм Без прихваток (с помощью приспособления)
Вертикальное положение стыка
Горизонтальное положение стыка

При сварке труб диаметром 30-83 мм :

  • вертикальный стык сваривают участками по три четверти периметра;
  • каждый последующий валик горизонтального стыка укладывают в противоположном направлении;
  • «замковые» участки последующих валиков смешают относительно предыдущих швов.

Сварка поворотных стыков труб

При сварке на вращателях подбирают скорость вращения трубы (Vвр), равную скорости сварки (Vсв). Положение сварки, наиболее удобное для формирования шва, находится не в зените, а в точке, отстоящей от вертикали на 30-35° в сторону, обратную направлению вращения трубы.

Когда вращателей нет или они нецелесообразны, свариваемые стыки труб поворачивают на углы 60-110°. Это позволяет формировать шов в самом удобном положении – нижнем.

Трубы диаметром более 219 мм сваривают обратноступенчатым способом за два полных оборота:

Трубы с поворотом на 180° сваривают в три приема. Вначале одним или двумя слоями сваривают участки ГЛ и ВЛ. После этого трубу поворачивают на 180° и заваривают участки ВБ и ГБ на всю толщину.

Затем трубу поворачивают на 180° и заваривают оставшуюся разделку на участках ГА и ВЛ. Сварку труб с поворотом на 180° могут выполнять как один сварщик, так и двое.

Сварку стыков труб с поворо том на 90° ведут тоже в три приема. Сперва заваривают участок стыка АВБ, укладывая один-два слоя. Потом трубу поворачивают на 90° и заваривают участок АГБ на всю толщину. Наконец, следуют обратный поворот на 90° и заварка оставшейся толщины трубы на участке АВБ.

Сварка с поворотом стыка позволяет качественно формировать шов с минимальными деформациями и напряжениями, плавным переходом к основному металлу, с минимальной чешуйчатостью без наплывов и подрезов.

Сварка неповоротных стыков труб

Вертикальные неповоротные стыки сваривают снизу вверх.

Сварку первых трех слоев в стыках труб диаметром более 219 мм следует выполнять обратноступенчатым способом. Длина каждого участка должна быть 200-250 мм.

Длина участков последующих слоев может составлять половину окружности стыка. Стыки труб с толщиной стенки до 16 мм можно сваривать участками длиной, равной половине окружности, начиная со второго слоя.

Очередность выполнения швов (1-14) и слоев (I-IV) одним сварщиком

Очередность наложения превого слоя двумя сварщиками при сварке неповоротных стыков труб диаметром более 219 мм

Горизонтальные неповоротные стыки труб диаметром более 219 мм, выполняемые одним сварщиком, необходимо сваривать обратноступенчатым способом участками длиной 200-250 мм. Четвертый и последующие слои можно сваривать вкруговую.

Очередность (1-12) выполнения швов одним сварщиком

При сварке горизонтального стыка двумя сварщиками последовательность сварки корневого шва зависит от диаме тра труб. Если диаметр менее 300 мм, то каждый сварщик заваривает участок длиной в половину окружности. В один и тот же момент сварщики должны находиться у диаметрально противоположных точек стыка. Если диаметр труб 300 мм и более, то корневой шов сваривают обратноступенчатым способом участками по 200-250 мм.

В стыках труб диаметром до 300 мм с толщиной стенки более 40 мм первые три слоя следует сваривать обратноступенчатым способом, а последующие слои – участками, равными половине окружности.

Стыки труб из низколегированных сталей диаметром свыше 600 мм при толщине стенки 25-45 мм сваривают так: все слои шва выполняют обратноступенчатым способом участ ками не более 250 мм.

Трубы диаметром более 600 мм из хромомолибденованадиевых сталей сваривают одновременно двое и более сварщиков, у каждого из которых свой отрезок стыка. Применяют обратноступенчатый способ (участки по 200-250 мм). Четвертый и последующие слои допускается выполнят ь участками, равными четверти окружности.

Очередность выполнения и примерное расположение слоев и валиков (1 – 20) при сварке вертикального и горизонтального стыков толстостенных труб из углеродистых и низколегированных сталей