Вопросы, рассмотренные в материале:
- В каких областях применяется технология электродуговой сварки
- Каковы преимущества и недостатки технологии электродуговой сварки
- Какие существуют методы, применяемые в технологии электродуговой сварки и резки металла
- Что включает в себя технология электродуговой сварки безнапорных трубопроводов и труб водопровода
Сварка тяжелых металлических конструкций чаще всего осуществляется при помощи электрической дуги. Таким образом удается быстро получить швы высокой прочности, что является необходимым условием для качественного монтажа элементов конструкции и ее надежности. Сегодня технология электродуговой сварки активно используется в строительстве и в металлургической промышленности.
Область применения технологии электродуговой сварки
Технология электродуговой сварки универсальна, поэтому входит в число самых распространенных. Она широко применяется при металлообработке вместе со штамповкой, литьем и прокатом заготовочных частей металлоизделия.
При электродуговой технологии металлические части изделия соединяются с помощью электрода, полностью обработанного силикатной горячей обсыпкой – она расплавляет электрод и крепко скрепляет металлические элементы.
Электродуговая сварка может использоваться для:
- Соединения деталей плоских каркасов и сеток из арматуры при создании блоков пространственного типа.
- Совмещения блоков в процессе монтажа для создания блоковых изделий.
- Создания прочных каркасов и сеток из предварительно подготовленных стержней из арматуры.
- Соединения закладных элементов и стержней из арматуры при установке сборных железобетонных конструкций.
- Подготовки арматуры в профильных организациях при отсутствии стыковочной контактной аппаратуры и устройств.
- Соединения стержней с диаметром более 10 мм – метод не используется для стержневых каркасов с диаметром заготовок до 8 мм, поскольку велик риск пережигания стержней, а также технология отличается повышенной сложностью.
- Работы на стройплощадках, где данная методика используется для соединения стержней из арматуры вместе с контактной сварочной технологией.
Общие сведения о технологии электродуговой сварки
Технологическая номенклатура использует для обозначения технологии электродуговой сварки такие аббревиатуры:
- РДС, ручная сварочная дуговая технология – этот термин характерен для российской номенклатуры.
- MMA, ручная металлическая технология с помощью электрической дуги – применяется в иностранной документации.
- SMAW: дуговая сварочная технология в протекторной сфере (например, во флюсовой среде для обеспечения защиты металлических поверхностей от негативного воздействия воздуха). Данное обозначение распространено как в зарубежной, так и в отечественной технической документации.
Технология ручной электродуговой сварки требует расплавления кромок соединяемых деталей с помощью электрического дугового разряда. Поэтому приходится работать с оборудованием, способным вырабатывать ток большой силы при небольшом напряжении. Тогда к одному зажиму прикрепляется деталь, а к другому – электрод. Между электродами получается дуга, и в этом месте образуется ионизированная среда.
Свариваемые материалы и используемые защитные газы непосредственно влияют на мощность дуги. Сразу скажем, что без специальных защитных средств работник может травмировать кожу и органы зрения.
Рекомендуем статьи по металлообработке
Как мы уже говорили, электрод нагревается. После чего он начинает испускать свободные электроны, параллельно образуются заряженные ионы. Атомы, потерявшие электроны, являются положительными ионами, а присоединившие – отрицательными. Газ в зоне проведения работ ионизируется, за счет чего становится электропроводным.
У электрической дуги есть такие области:
- анодная;
- катодная;
- столб дуги.
Немаловажной особенностью технологии электродуговой сварки является тот факт, что в центре газового столба температура поднимается до +6500…+7500 °С. За счет этого удается работать практически с любым металлом или сплавом. Однако непосредственно на детали и на электроде температура дуги остается в пределах +4000 °С.
В процессе работы образуется так называемая сварочная ванна с кратером по центру. Расстояние от электрода до кратера ванны и является длиной сварочной дуги. При использовании ручной технологии оптимальной считается дуга длиной 2–6 мм, отметим, что обычно длина дуги и диаметр используемого электрода совпадают. Дуга считается длинной, если она превышает диаметр электрода в 1,5 раза.
Чаще всего в работах задействуется именно короткая дуга, так как при использовании длинной металл сильно разбрызгивается, а шов оказывается пористым и менее крепким. Помимо этого, большое количество брызг расплавленного металла – это всегда повышенный риск получения травмы сварщиком.
При работе с угольным электродом длина дуги колеблется в пределах 15–20 мм. Между напряжением разряда и длиной дуги существует прямая зависимость, на это влияет наличие флюса, его свойства, характеристики покрытия электрода, использование защитного газа.
Чем больше сила тока, проходящего через электрод, тем выше температура дуги. Во время ручной сварки плотность тока находится в рамках 10–20 А/мм2, а напряжение составляет 18–20 В. При таких характеристиках можно работать с материалами толщиной больше 1 мм, кроме того, такие параметры применяются в технологиях электродуговой сварки низкоуглеродистых сталей и в технологии электродуговой сварки сталей, чугуна и цветных металлов.
Ремонтные работы производятся при помощи постоянного или переменного тока. Во втором случае дуга оказывается неустойчивой, и улучшить ее можно за счет увеличения плотности тока. Однако опасно использовать такой прием при работе с тонкими деталями.
При постоянном токе дуга стабильна, приходится работать на малых токах, а значит, удается сваривать даже тонкие материалы. Однако такая технология требует использования более дорогого и сложного оборудования.
На качество шва отрицательно воздействуют некоторые газы, например, кислород, азот и водород, поэтому готовый шов зачищают, а зону проведения работ защищают нейтральным газом.
Читайте также: Легированная сталь: виды, марки и назначение
Правила безопасности при электродуговой сварке
Использование технологии электродуговой сварки требует жесткого исполнения целого ряда правил безопасности:
- работать можно только в затемняющем щите поляризационного типа – он защищает веки, лицо, глаза от ожогов при вспышках;
- работы должны вестись в специальных перчатках из плотной резины на диэлектрическом слое, благодаря которым предотвращается прохождение заряда через тело сварщика и замыкание типа «поверхность сварки-баласник»;
- необходимо быть максимально осторожным при оплавлении и нагревании сварочных поверхностей;
- нельзя допускать попадания на электрические провода и кабели снега или воды, поскольку это может привести к короткому замыканию.
Преимущества и недостатки технологии электродуговой сварки
Достоинства:
- Возможность работы в различных пространственных положениях, которые зависят исключительно от навыков работника.
- Возможность соединения любых разновидностей стали.
- Быстрое переключение в процессе работы с одного металла на другой для образования электродами наплавок и стяжек.
- Простые обслуживание и использование, высокая эффективность технологии.
Недостатки:
- Зависимость результата от навыков работника.
- Подверженность сварщика электромагнитному облучению во время работы.
- Низкий КПД по сравнению с автоматизированной сварочной методикой.
Классификация технологий электродуговой сварки
Технология электродуговой сварки бывает таких разновидностей:
1. Ручная электродуговая сварка.
Современный рынок сварочного оборудования предлагает множество вариантов – определенный вид приборов выбирают, отталкиваясь от материала, с которым придется работать. Так, для элементов из черных или цветных металлов подходят устройства ручной сварки.
В этом случае электрод, вставленный в электродержатель, касается поверхности соединяемого элемента и начинает нагреваться. Это происходит из-за того, что при контакте электрическая цепь замыкается. Как только температура на кончике электрода повысилась, его плавно отводят от поверхности детали примерно на 5 мм, а ток начинает проходить по телу сварочной дуги.
2. Электродуговая сварка под слоем защитного флюса.
Данная технология похожа на предыдущую, разница лишь в том, что в этом случае используются аппараты электродуговой сварки автоматического действия. Роль электрода играет специальная проволока, которая подается из бобины. Этот метод отлично подходит, если нужно быстро сварить детали большой толщины. Перед соединением части конструкции подготавливают, а это, в свою очередь, требует дополнительного времени.
3. Электродуговая сварка неплавящимся электродом.
В последнее время эта технология электродуговой сварки активно распространяется среди специалистов. Чаще всего используют вольфрамовые стержни, при этом обязательным условием для работы с неплавящимися электродами является наличие газовой среды. Газ подается в зону сплавления через сопло аппарата – в качестве защитного газа могут использоваться аргон, гелий, диоксид углерода. Данный метод подходит для деталей из никеля, нержавейки и сплавов алюминия.
4. Электродуговая сварка с использованием плавящейся электродной проволоки.
Работа в газовой среде часто ведется с помощью электродной проволоки, плавящейся от высоких температур. Она автоматически подается в зону термического влияния из специальной бухты. Через то же сопло, что и проволока, поступает защитный газ. Данная технология входит в число газоэлектрических, ее главное достоинство – это возможность настройки дуги при помощи изменения состава газа.
Технология электродуговой сварки с использованием плавящейся проволоки подходит для соединения химически высокоактивных сплавов и металлов, таких как магний, нержавейка, медь, пр. Среди ее положительных качеств стоит особенно подчеркнуть:
- возможность соединения деталей, расположенных под различными углами друг к другу;
- хороший обзор места соединения;
- высокую скорость сплавления;
- отличное качество и чистоту сварных швов;
- возможность соединять очень толстые и очень тонкие детали.
Существует другой вариант технологии электродуговой сварки, при котором используются электроды с трубчатым сечением. Их изготавливают из порошковой проволоки и смеси флюсов, благодаря которым достигается защита сварочной ванны. Электрод играет роль присадки в процессе сплавления по этому методу.
Читайте также: Сварка с подогревом металла: особенности процесса
Оборудование и материалы, используемые в технологии электродуговой сварки
Самым простым сварочным аппаратом, используемым для электродуговой сварки, является трансформаторный. Если не вдаваться в подробности, то это трансформатор, который понижает напряжение и увеличивает ток, при этом работает с переменным током.У данного способа есть ряд недостатков, о которых мы уже говорили выше. Также нужно понимать, что трансформаторный аппарат для преобразования тока промышленной частоты громоздкий и имеет немалый вес.
Поэтому специалисты обычно используются сварочные инверторы, если требуется мобильность. Они сначала преобразуют переменный ток от бытовой сети в ток высокой частоты, после чего получают из него постоянный – выпрямляют. Главное достоинство таких устройств в относительно небольшом размере и весе.
Электродуговая сварка инвертором обеспечивает высокую стабильность дуги, а значит, и лучшее качество шва. Кроме того, в этом случае возможны разные режимы подключения – с прямой и обратной полярностью.
Большинство металлов соединяют электродуговой сваркой с прямой полярностью, то есть электрод подключается к катоду, а масса к аноду, и работа идет «от плюса к минусу». Однако бывают ситуации, когда необходимо использовать обратную полярность, где электрод присоединяется к аноду, а масса к катоду. Например, это актуально при работе с коррозионностойкими (нержавеющими) сталями и некоторыми другими химически активными металлами.
Существует множество видов электродуговой сварки, различающихся по применяемым материалам, однако в качестве базового отличия выступает тип электрода. Здесь используется такая классификация: работа с плавящимся или неплавящимся электродом.
Электрод представляет собой металлический контакт, стержень с оболочкой из специального состава. При нагревании оболочка прогорает и образует защитную газовую среду, которая препятствует окислению расплава.
Также у плавящегося электрода есть функция присадки – его основной металл становится частью сварного соединения. При работе с неплавящимся электродом необходимо вводить в сварочную ванну (в точку, где происходит реакция) дополнительную присадочную проволоку.
При электродуговой сварке используются разные виды металлических и неметаллических электродов, в том числе угольные и графитовые. Определенный тип подбирается под конкретный металл и выбранный метод сварки. Существуют случаи, когда сварка ведется в защитном газе (гелии, аргоне, углекислоте), – обычно это важное условие для работы с химически активными металлами.
Кроме того, могут использоваться вспомогательные материалы, например, флюсы, из-за чего довольно сложно описать универсальный способ создания шва. Однако существуют базовые для всех методов принципы.
Методы, применяемые в технологии электродуговой сварки и резки металла
Резка металла сваркой с применением дуги относится к наиболее старым из существующих способов. Используется ручная дуговая резка с применением плавящегося или неплавящегося электрода, воздушно- и кислородно-дуговая резка – разберем каждый из способов более подробно.
1. Резка неплавящимся электродом.
Роль электрода играет графитовый или угольный стержень, резку выполняют на любом роде тока, главное, чтобы он имел прямую полярность и силу до 800 А. Прежде чем разрезать металл, его нужно нагреть с помощью дуги, а затем выплавить.
Этот метод используется не так часто, в чем причина? У него достаточно узкая область применения, ведь он подходит только для работы со сложными крупногабаритными проектами. Допустим, при разделке лома и разборке старых металлических конструкций. Рез получается неровным и неаккуратным, но при этом технология подходит для работы с любыми металлами: от чугуна до цветных металлов.
2. Резка плавящимся электродом.
Этот метод встречается на практике чаще остальных, поскольку он обеспечивает более аккуратный и ровный разрез, чем первый способ. Для выполнения резки устанавливают повышенную силу тока (на 30 % больше, чем при сварке) – в этом случае можно отталкиваться от толщины электрода. Например, для стержня толщиной 1 мм нужна сила тока в пределах 50 А, для стержня 2 мм – 100 А и т. д. Металл нагревают с глубоким проплавлением, поэтому данный принцип работы часто называют «метод опирания». Немаловажно, что технология подходит для резки большинства металлов.
Если нужно сделать несложный рез в домашних условиях, подойдут любые плавящиеся электроды. Но для лучшего результата советуем выбирать специальные электроды для резки металла, так как они отличаются своим покрытием. За счет последнего работа идет проще и занимает меньше времени.
Несмотря на улучшенное качество реза при данной технологии, ее трудно назвать идеальной: этот метод проигрывает всем более современным. Здесь страдает качество и внешний вид реза, а работа идет очень медленно.
3. Воздушно- и кислородно-дуговая резка.
Эти методы электродуговой сварки практически идентичны, но имеют одно отличие: при воздушной резке металл сначала плавится от тепла дуги, после чего выдувается сжатым воздухом. При кислородной резке используется тот же принцип работы, только воздух заменяется потоком кислорода.
Данные технологии применяются для работы с листами нержавейки толщиной до 20 мм и для удаления дефектных частей деталей.
Перед осуществлением такой резки на сварочном аппарате устанавливают постоянный ток и подбирают графитовые или трубчатые электроды. Во втором случае кислород подается по сквозному отверстию в сварочном стержне. Сразу скажем, что этот способ эффективный, но отличается высокой трудоемкостью, ведь гораздо проще подать сжатый воздух или струю кислорода непосредственно в место разреза.
Технология электродуговой сварки безнапорных трубопроводов и труб водопровода
При электродуговой технологии работы с трубами нельзя забывать о таких тонкостях:
- Аппарат включают, когда электрод только прикоснулся к поверхности трубы.
- Нужно непрерывно следить за длиной электрической дуги, ведь от нее зависит размер газовой оболочки, препятствующей попаданию воздуха в зону работы.
- Электрод плавно передвигают в зоне сварочных работ, чтобы расплавленный металл с электрода равномерно распределялся по шву.
- Толщина наплавления металла трубных элементов зависит от легких скользящих движений сварщика из стороны в сторону.
- При работе с толстостенными трубами большого диаметра делают внутренние и внешние сварные швы.
Во избежание разного рода дефектов необходимо плотно соединить элементы трубопровода между собой. Второе важное требование: нужно довести нагревом поверхность металла до светло-красного оттенка, и, безусловно, сила тока должны быть увеличена на 10–20 %. При соблюдении этих требований вы получите вязкий и пластичный сварной шов, надежно герметизирующий стык между трубами даже в условиях сильных морозов.
При отрицательных температурах сварочная зона быстро охлаждается, затрудняется удаление раскаленных газов из расплавленного металла. В результате чего трубная сталь приобретает хрупкость, а значит, возрастает риск ее термического разрушения, появления горячих трещин, отходящих от сварного шва, закалочных структур.
Технология электродуговой сварки стыкового шва в вертикальном положении
Нередко требуется соединение двух металлических заготовок, расположенных в разных плоскостях, что усложняет процесс работы. Допустим, стык деталей может находиться под углом, вертикально или в потолочной плоскости.
Специалисты называют работу с вертикальными швами (потолочными и наклонными) непростой задачей. Дело в том, что расплавленный металл, расположенный между двумя металлическими заготовками, подчиняется закону всемирного тяготения – его постоянно тянет к земле, что вызывает трудности.
Справиться с этой проблемой позволяют два важных принципа:
1. Расплавленный металл должен кристаллизоваться с большей скоростью, чем в обычной нижней позиции – для этого его капли должны быть небольшого размера. Уменьшить капли позволяет сокращение длины дуги, причем при работе с инвертором или полуавтоматом электрод передвигают вглубь и наружу короткими и быстрыми движениями. Движение держака больше похоже на постукивание электродом по поверхности.
2. Вертикальный шов сваривают переменным током снизу вверх. Заполняя кратер шва, его наполняют снизу, за счет чего расположенный внизу металл играет роль подставки для металла, скапливающегося в сварочной ванне выше.
Но стоит понимать, что технология снизу вверх не всегда подходит, чтобы сварить вертикальный шов. Иногда мастер вынужден варить шов и сверху вниз. Избежать стекания капель расплавленного металла позволяет соблюдение таких условий:
- дуга должна быть короткой;
- электрод в начале поджига располагается перпендикулярно к плоскости соединения заготовок;
- при варке электрод наклоняется вниз со стороны держака, то есть располагается под острым углом по отношению к сварочному шву – дугой он удерживает металлические капли от стекания;
- если капли все-таки стекают, повышают силу тока и увеличивают перемещение электрода вниз; также стоит увеличить ширину сварочного шва, перемещая расходник из стороны в сторону;
- при использовании этой технологии не добиться высокого качества швов, зато она намного легче, чем метод снизу вверх.
Технология электродуговой сварки цилиндрических резервуаров
Заводскую сварку резервуарных конструкций выполняют согласно утвержденному технологическому процессу (процедурам), где учитываются:
- требования к форме и подготовке кромок свариваемых деталей;
- способы и режимы работы, сварочные материалы, последовательность осуществления работ;
- конкретные указания по закреплению деталей перед началом работ;
- мероприятия, позволяющие избежать прожогов, смещения шва от его оси и появления иных дефектов;
- мероприятия, направленные на сокращение числа деформаций.
При выборе технологии сварки резервуарных конструкций нужно точно понимать, что она обеспечивает:
- высокую производительность и экономическую эффективность сварочных процессов с учетом объемов выполнения сварки (массы наплавленного металла), затрат на сварочное оборудование и организацию технологического процесса;
- высокий уровень однородности и сплошности металла сварных соединений с учетом конкретных условий и требуемых механических свойств: прочности, пластичности, твердости, ударной вязкости и устойчивости к низким температурам;
- минимальный уровень деформаций свариваемых элементов.
В заводских условиях обычно используют автоматизированную сварку под флюсом для листовых конструкций и механизированную работу в углекислом газе или в смеси газов на основе аргона для решетчатых конструкций и оборудования. В первом случае не обойтись без оснащения сварочного оборудования системами слежения электрода за стыком.
Читайте также: Лазерная резка деталей: виды, возможности, преимущества
Технология электродуговой сварки каркасов балки
Конструкция оборудования, позволяющего изготавливать сварные двутавровые балки, подбирается в соответствии с технологией сваривания поясных швов. Помимо этого, немалую роль играет набор приспособлений, используемый в производстве. Сегодня в таком случае обычно выбирают автоматическое сваривание под слоем флюса, поскольку тогда получаются качественные, надежные на всем своем протяжении швы.
За счет использования автоматизированного оборудования удается сократить себестоимость балок, а также добиться их высокого качества, повышенной надежности. Нерасплавленный, находящийся под давлением флюс используется, чтобы защитить область работы от избыточного разбрызгивания жидкого металла. А значит, сохраняется качество работы, несмотря на высокую силу тока (до 4000 А). Также флюс предотвращает быстрое остывание расплавленного металла, и газ отводится эффективнее.
Сварная балка может быть изготовлена при помощи ручной дуговой, полуавтоматической технологии. Тогда важным условием сборки является наличие специальных кондукторов с зажимами или они могут быть заменены прихватками, хомутами. Но применение этого метода влечет за собой чрезмерные потери металла вследствие разбрызгивания, угара в расплавленном состоянии. Объем потерь нередко составляет около 30 %.
Также отметим: в производство балок входят такие этапы, как скрепление их полок, стенок. Нередки случаи, когда приходится сваривать друг с другом готовые двутавры. В подобных ситуациях прибегают к методу «встык».
