Ручная дуговая сварка

В первом случае дуга возбуждается между основным металлом и вольфрамовым (реже — угольным) электродом. Для заполнения разделки кромок обычно применяется присадочный материал в виде металлического стержня, подаваемого сварщиком в дугу.

При электрической дуговой ручной сварке плавящимся электродом дуга горит между основным металлом и электродом, служащим присадочным металлом (рис. 2.12). В качестве электрода применяется стержень из проволоки, близкой по химическому составу к свариваемому материалу.

На электроды наносят специальные покрытия. Их назначение:

• 1) создавать шлаковую и газовую защиту расплавленного металла сварочной ванны. Шлак защищает и капли металла в процессе перехода их с электрода в шов, обволакивая их;
• 2) раскислять наплавленный металл благодаря добавлению в покрытие таких элементов, как Mn, Si, Ti, А1 в виде ферросплавов или чистых элементов;
• 3) легировать наплавленный металл, что позволяет изменять его химический состав, а также расширяет возможность получения требуемых свойств наплавленного металла;
• 4) улучшать стабильность горения дуги посредством включения в покрытие элементов с малым потенциалом ионизации.

Рис. 2.12. Схема дуговой электрической сварки металлическим

электродом:

• 1 — затвердевший шлак; 2 — слой расплавленного шлака;
• 3 — сварочная ванна; 4 — дуга; 5 — электродное покрытие;
• 6 — плавящийся стержень

Покрытие наносится слоем толщиной от 1,0 до 2,5 мм. Иногда применяют стабилизирующее покрытие электродов, наносимое тонким (в пределах 0,1—0,25 мм) слоем. Основное его назначение — повысить ионизацию дугового промежутка и тем самым улучшить стабильность горения дуги, особенно на переменном токе. С этой целью покрытие содержит элементы с малым потенциалом ионизации.

Обозначение электродов включает указание на его марку и тип. Например, полное обозначение электрода УОНИ-13/45-Э42А-4,0-Ф расшифровывается следующим образом: УОНИ-13/45 — марка электрода; Э42 — тип электрода; А — электрод, обеспечивающий повышенные пластические свойства металла шва; 4,0 — диаметр электрода; Ф — фтористо-кальциевый тип покрытия. Цифра 42 в обозначении типа электрода указывает на значение минимального временного сопротивления металла шва (в Н/м²), которое достигается при применении данного электрода. Полное обозначение электрода может заканчиваться наименованием ГОСТа на конкретные электроды. Характер покрытия электродов существенно влияет на свойства наплавленного металла, которые оказываются очень низкими при сварке электродом без покрытия и значительно выше, если покрытие качественное, например у электродов марки ЦМ-7, УОНИ-13/45 (табл. 2.3).

Параметры режима дуговой сварки зависят от многих факторов: толщины металла, размеров изделия, требуемой формы шва, его пространственного положения, окружающей температуры. Под режимом ручной сварки понимают тип и марку электрода, его диаметр и силу тока. Скорость сварки выдерживается такой, чтобы получать заданное сечение шва. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. Рекомендуемые диаметры электродов приведены ниже (табл. 2.4).

Таблица 2.3

Влияние вида покрытия на механические свойства наплавленного металла.

Таблица 2.4

По выбранному диаметру электрода подбирают ток. В практике для этого часто пользуются эмпирической зависимостью.

где d — диаметр электрода, мм; к — коэффициент, равный 40—50.

Более точные и полные сведения по режимам ручной дуговой сварки можно получить из отраслевых стандартов, в которых приводятся тип и марка электрода, режимы сварки, материал, для сварки которого эти электроды предназначены.

Дуговая ручная сварка применяется главным образом в изделиях, имеющих короткие и прерывистые швы, швы сложной конфигурации, т. е. там, где трудно или невыгодно применять автоматические методы сварки. Положительной стороной ручной сварки является возможность производить сварку в любом пространственном положении, что особенно важно для сварки в монтажных условиях.

К недостаткам этого процесса относятся: трудности сварки тонкого материала (менее 1—2 мм), длительный срок обучения сварщика высокой квалификации (1,0—1,5 г.), большая зависимость качества сварки от индивидуальных особенностей сварщика, малая производительность.

В настоящее время наибольшее применение ручная дуговая сварка находит при сварке конструкций из сталей. При сварке сталей, склонных к закалке, рекомендуется перед сваркой, а иногда и в процессе сварки подогревать металл до температуры 423—573 К. Температура подогрева зависит от содержания углерода и ряда других элементов в стали. Учитывая широкие возможности легирования наплавленного металла через металлический стержень и покрытие, ручной дуговой сваркой можно сваривать любые марки стали. Некоторые рекомендуемые типы соединений для ручной дуговой сварки приведены на рис. 2.13.

Соединение стыковое без разделки кромок (рис. 2.13, а) рекомендуется для толщин металла не более 3 мм. Благодаря зазору обеспечивается полное проплавление. Зазор а при S = 1+2 мм должен быть равен О—1 мм, а при S = 3 мм, а = 0—1,5 мм.

Соединения стыковые с V-образной разделкой кромок (рис. 2.13, б) рекомендуются для толщины 3—21 мм. Если толщина больше (до 30 мм) или необходимо уменьшить угловые деформации и площадь сечения шва, то применяют стыковое соединение с Х-образной разделкой кромок (рис. 2.13, в). При этом необходимо иметь в виду, что сварка такого соединения требует доступа к нему с двух сторон.

Из угловых соединений (рис. 2.13, г — е) соединение типа г рекомендуется для толщин S не более 8 мм, соединение типа б — для толщин S не более 26 мм. Для больших толщин рекомендуется соединение типа е.

Рис. 2.13. Рекомендуемые типы соединений для ручной дуговой сварки.

Тавровое соединение указанного вида (рис. 2.13, ж) рекомендуется для толщины S не более 5—6 мм. В случае больших толщин на вертикальной стенке снимаются двухсторонние фаски (рис. 2.13, з).

Соединение нахлесточное (рис. 2.13, и) применяется при S = 2—6 мм. Зазор а допускается от 0 до 4 мм. В отличие от стыкового соединения нахлесточное облегчает сборку сварных узлов, однако из-за несоосности соединяемых деталей при работе в таких соединениях возникает изгибающий момент, снижающий прочность соединения, особенно из высокопрочных материалов. Нахлесточное соединение нерационально с точки зрения как уменьшения расхода металла, так и снижения массы конструкции. При применении нахлесточного соединения, так же как и таврового, и углового, имеющих повышенную жесткость, больше вероятности образования трещин при сварке.

Дуговой ручной сваркой можно сваривать стали, чугун, медь и медные сплавы, алюминий и некоторые его сплавы. Естественно, что для каждого металла и его сплавов необходимо применять соответствующие электродные проволоки и покрытия.