Электродуговая сварка: преимущества и недостатки, виды и особенности

Что это такое? Электродуговая сварка – это процесс, который используется для соединения двух кусков металла вместе. При этом применяется электрический ток для создания дуги между двумя заготовками, которая расплавляет и сплавляет их вместе.

Есть ли какие-то нюансы? Электродуговая сварка – это универсальный процесс, который можно использовать практически для любого типа металла, включая алюминий, нержавеющую сталь, чугун и даже титан.

Что собой представляет метод электродуговой сварки

Одна из наиболее популярных технологий, используемых для соединения металлических деталей, – сварка с помощью горящей электрической дуги. Этот способ сегодня применяется буквально везде.

Для выполнения электродуговой сварки используется электрический ток большой силы с малым напряжением, который подается на стержень электрода и на металл заготовок. При контакте между ними происходит зажигание сварочной дуги, которая нагревает и плавит материал на кромках, формируя сварочную ванну, наполненную расплавом, а затем и сварной шов. Температура в зоне плавления достигает +5 000 °C – этого хватает для плавления практически любого существующего металла.

Суть электрической дуговой сварки состоит в одновременном расплавлении материала заготовок и сварочного электрода, результатом которого становится появление сварочной ванны, заполненной расплавленным металлом. В зоне плавления протекают процессы, приводящие к формированию шва, – взаимодействие основного металла с присадочным и образование шлака, поднимающегося к поверхности и создающего защитный слой.

Для электродуговой сварки используются электроды двух типов:

• плавящиеся;
• неплавящиеся.

Когда электродуговая сварка выполняется с применением неплавящихся электродов, шов формируется путем введения в рабочую зону специальной проволоки. Если используются электроды с плавящимся стержнем, металл которого участвует в создании сварного соединения, отпадает необходимость дополнительной подачи присадочного материала.

Для равномерного горения электрической дуги состав присадочного материала обогащается специальными присадками (такими как калий, натрий и ряд других элементов), имеющими хорошую степень ионизации. Расплав в сварочной ванне предохраняют от контакта с воздухом, создавая защитную атмосферу из газов:

• аргона;
• углекислого газа;
• гелия и др.

Принцип сварки электродом

Технология ручной электродуговой сварки основана на ряде принципов. Особое внимание среди них следует уделить короткому замыканию и пробою, который возникает, когда пространство между атомами диэлектрика заполняют заряженные частицы. Положительный заряд при этом создается ионами, а отрицательный – электронами.

Если создать соответствующие условия, можно добиться пробоя любого диэлектрика. В случае с дуговой сваркой это явление возникает между основным металлом соединяемых заготовок и металлическим стержнем сварочного электрода, на котором при подаче электрического тока возникает заряд, отличающийся большой (от 80 до 200 А) силой тока и относительно низким напряжением. Кроме того, сварочный ток обладает плотностью, достигающей нескольких тысяч A/м2.

Преимущества электродуговой сварки

Технология дуговой электрической сварки имеет целый ряд неоспоримых плюсов:

1. высокой мобильностью оборудования;
2. простой и быстрой подготовкой к работе;
3. относительно низкой стоимостью;
4. высокой эффективностью и производительностью;
5. способностью работать от бытовых электрических сетей (когда речь идет о сварочных инверторах);
6. широкой доступностью оборудования, сопутствующих и расходных материалов.

Недостатки электродуговой сварки

Однако электродуговая сварка имеет и минусы:

1. добиться формирования качественных швов сварщик может, только приобретая соответствующие навыки и опыт;
2. покрытие электродов легко отсыревает, что может стать причиной критического ухудшения качества швов;
3. соединение заготовок из цветного металла требует применения специальных расходных материалов, оборудования и способов сварки;
4. внешние условия могут сказываться на качестве швов.

Область применения

Повсюду, где требуется быстрое недорогое и качественное соединение металлических деталей, оптимальный вариант – электродуговая сварка. Различные варианты этой технологии используются:

• на заводах, производящих металлоконструкции;
• на машиностроительных производствах;
• на стройках – от атомных электростанций и пусковых столов для ракет до дачных домиков и оград;
• на аэрокосмических предприятиях;
• на судостроительных верфях;
• на автомобильных заводах;
• на предприятиях, выпускающих бытовые приборы;
• на других крупных и мелких заводах.

В последние десятилетия приобрели популярность сварочные инверторы. Их повсеместное применение сделало ручную электродуговую сварку еще более доступной.

Виды и способы

Каждый из видов дуговой сварки имеет особенности, оказывающие влияние на надежность, качество и внешний вид швов.

Принято выделять три группы электросварочных технологий:

• ручная электродуговая сварка;
• полуавтоматическая электрическая дуговая сварка, которая предусматривает использование механизмов для подачи сварочной проволоки в рабочую зону;
• автоматическая электрическая дуговая сварка, которая осуществляется с механической подачей присадочного металла, зажиганием, регулировкой параметров и перемещением дуги.

С технологической точки зрения разделяют три основных способа электродуговой сварки металлических заготовок:

• Сварка пучком электродов, торцы которых скрепляются сваркой, после чего они устанавливаются в держатель. Такой способ, предусматривающий использование большого диапазона сварочных токов, позволяет увеличить производительность сварочных работ.
• Сварка лежачими электродами. Эта технология предусматривает предварительную укладку электродов в обмазке в разделанные стыки деталей или углы между ними. Сверху укладывается медная пластина, в которой следует подготовить продольную канавку. Часто поверху укладывают утяжелитель – стальной брусок, кирпич или другой массивный кусок из негорючего материала. К стержню электрода и металлу заготовок подают электрический ток, что приводит к зажиганию дуги, которая, перемещаясь по стыку, плавит металл, формируя шов.
• Сварка наклонным электродом – стержень электрода закрепляется специальным зажимом с обоймой, которая после зажигания дуги и расплавления кончика присадочного металла начинает перемещаться вдоль стойки под действием силы тяжести.

Виды аппаратов и типы включений

Из всех источников тока для электродуговой сварки самыми простыми являются разные варианты мощных понижающих трансформаторов. Эти аппараты отличаются большой массой и размерами. Кроме того, их использование вызывает скачки напряжения в сети. Данное оборудование применяется все реже и главным образом для решения отдельных специфических задач.

Самый популярный вид аппаратуры для электродуговой сварки – инверторы. Такие аппараты отличаются более сложным (по сравнению с трансформаторами) устройством и лишены большинства недостатков последних.

Такое оборудование:

1. имеет маленький вес и небольшие размеры;
2. его использование не вызывает перепадов напряжения в питающей электрической сети;
3. обеспечивает сварочную дугу со стабильными характеристиками;
4. простое в эксплуатации;
5. выдает постоянный электрический ток.

Разработка и начало применения полуавтоматов стали важным этапом развития ручной электродуговой сварки. В качестве присадочного материала в них используется металлическая проволока на катушках, которую подает в рабочую зону специальный механизм. Защитную флюсовую обмазку электродов заменяет газ, подаваемый через сопло. Полуавтоматы заметно выигрывают у других аппаратов по производительности, стабильности электрической дуги и равномерности швов.

Особенности выполнения работы

Электродуговая сварка, если досконально соблюдать все требования технологического процесса, позволяет получить качественный шов. Любые отклонения ухудшают качество соединений и могут стать причиной производственного брака.

Основные правила, которые необходимо соблюдать при электродуговой сварке металлических заготовок:

• Первым делом необходимо подготовить к работе поверхность основного металла на соединяемых краях деталей. Стык следует освободить от загрязнений и тщательно обезжирить специальным составом или растворителем. При сваривании толстых металлических деталей нередко прибегают к разделке кромок. Далее можно начинать сварку. Для зажигания дуги нужно поднести кончик стержня электрода или сварочной проволоки к поверхности заготовки и зажечь дугу, постукивая или чиркая им по металлу.
• Для ускорения процесса сварки и повышения качества сварных соединений в состав металла стержней вводят специальные добавки из элементов с высокой степенью ионизации. Обычно это небольшие количества кальция, натрия и калия, которые побуждают металл более активно вырабатывать заряженные частички при его нагревании и плавлении.
• Электрическая дуга, используемая для сварки металлических заготовок, может быть открытой или закрытой. В первом случае проникающие в зону плавления кислород и азот могут существенно снизить качество шва. Для уменьшения отрицательного влияния атмосферных газов поверхность расходников покрывают защитной металлической пленкой. В промышленности широко применяется сварка закрытой электрической дугой. Такой метод дает возможность предотвратить контакт расплавленного металла в сварочной ванне с окружающим воздухом.

• Для сварки металлических заготовок применяется оборудование разных типов. Большой популярностью пользуются сварочные инверторы, рассчитанные на работу с электродами различной толщины. Для фиксации стержней используется специальный держатель. После подачи тока на кончик электрода необходимо зажечь дугу, чиркнув или постучав им по поверхности основного металла. Необходимо обратить внимание на настройку рабочих параметров – в первую очередь силы тока.
• В ходе формирования сварного соединения кончик электрода нужно плавно перемещать вдоль стыка, который при этом заполняется расплавом, – образуется сварочная ванна. В зоне плавления присадочный материал взаимодействует с материалом соединяемых заготовок. По мере остывания из расплавленного металла формируется валик сварного шва. Для точного и корректного расчета рабочих параметров сварщики пользуются информацией, содержащейся в технической документации, которую производители включают в комплект поставки оборудования, технологическими картами и специальными таблицами.
• Для формирования качественного вертикального шва стержень электрода нужно располагать под прямым углом к поверхности деталей. Допустимое отклонение – не более 10°.
• Чтобы избежать образования наплывов застывающего расплава, опытные мастера пользуются специальными техниками сварки – елочкой, треугольником, зигзагом, повторными проходами и другими приемами.

Меры безопасности

Для того чтобы избежать травм, ожогов, отравления продуктами сгорания и других неприятностей при проведении сварочных работ, необходимо в обязательном порядке соблюдать технику безопасности:

1. Для работы следует одеваться в специальную одежду из прочных плотных несгораемых тканей. Рукава рабочей куртки должны быть застегнуты. Руки следует защищать от брызг раскаленного металла специальными крагами или рукавицами.
2. Если специальной одежды нет, можно заменить ее курткой и штанами из плотной хлопчатобумажной ткани.
3. Глаза и кожу лица следует защищать с помощью специальной сварочной маски.
4. Сварку следует производить на специальной открытой площадке или в хорошо вентилируемом помещении с вытяжкой.
5. Приступая к сварочным работам, необходимо проследить, чтобы рядом с рабочим местом было подготовлено ведро с водой или огнетушитель – брызги раскаленного металла и искры часто становятся причиной возгорания или пожара.

Электродуговая сварка – широко распространенная технология, которая используется для соединения заготовок и деталей из разных металлов и сплавов. Качество сварных соединений напрямую зависит от соблюдения правил, которые мы рассмотрели выше. Важно соблюдать правильную последовательность операций и следить за настройками оборудования.