Классификация и технология дуговой сварки

Классификация и технология дуговой сварки — очень важные и актуальные в наше время знания. Многим специалистам и руководителям необходимо хотя бы в общих чертах представлять, что это такое — ручная электродуговая сварка и ММА, какие требования содержатся в ГОСТ, и какие возможности, ограничения имеют такие рабочие процедуры. А для самих сварщиков необходимо более глубокое понимание дела: нужно знать маркировку электродов для электрической дуговой сварки и знать все мелкие нюансы технологии.

Дуговая сварка — она же в обиходе электросварка – метод соединения металлов, основанный на их нагреве за счет тепла, выделяемого электрической дугой (отсюда и название). Температура ее куда больше, чем температура плавления самых жаростойких металлов и сплавов. В определении дуговой сварки стоит подчеркнуть тот момент, что она подразумевает обязательное использование электродов. Именно между электродом и соединяемым металлом появляется дуга. Точнее даже было бы сказать не про сам электрод, а только про его торцевую часть.

В числе объективных плюсов такого метода следует назвать то, что обучиться ему несложно. Дуговая сварка высокопроизводительна и позволяет обойтись сравнительно дешевыми расходными материалами. Упрощенная схема процесса позволяет без проблем механизировать и даже автоматизировать его.

Еще одно немаловажное преимущество — участок разогреваемой поверхности мал. То есть, с одной стороны, экономится энергия. С другой стороны, можно ограничить обрабатываемую площадь. Однако у электродуговой сварки есть и объективные минусы. Так, она по определению привязана к электросети, и даже просто подать ток недостаточно — понадобятся преобразующие его устройства, трансформаторы, а свариваемые поверхности нужно будет подготавливать.

Есть несколько видов сварки.

Электродуговая сварка наиболее популярна по сравнению с другими методами. Под действием дуги металл плавится и формирует своеобразную жидкую ванну. Как только он остывает, начинаются кристаллизация и формирование соединительного стыка. По составу и прочности стыковочная поверхность идентична той, которая образуется в соединяемых частях. Стоит отметить, что иностранный термин MMA и применяемый традиционно в России термин РДС полностью идентичны: они обозначают сварочный процесс с покрытыми электродами.

Разница между разными работами состоит в том, какое конкретно вещество или смесь веществ нанесена на электродный инструмент. Подаваться на него может как переменное, так и постоянное напряжение. Их обозначают соответственно сокращениями AC и DC. В зависимости от вида покрытия образуется тот или иной тип газового облака. Оно решает сразу несколько задач:

• вытесняет воздух из сварочной зоны;
• насыщает металлическую ванну необходимыми веществами;
• позволяет исключить нестабильности в работе электрической дуги;
• обеспечивает работу во всех возможных пространственных плоскостях.

Ручная дуговая сварка покрытым электродом гарантирует сваривание всех типов металлов: и черных, и цветных, причем вне зависимости от легирования. Такой метод подходит для работы в самом труднодоступном месте. Методику MMA применяют и профессионалы, и начинающие специалисты. Подход применим и в строительстве, и в индустрии, и в ремонте металлоконструкций. Его используют даже в частной практике, когда нужно что-то сварить на даче или дома.

Но можно воспользоваться и плавящимся электродом. Правда, это будет уже совершенно другой подтип ручной дуговой сварки. Перемещение электродного металла на обрабатываемое изделие происходит за счет струйного переноса либо переноса крупных или мелких капель. Каждый электрод может получать независимое питание, что существенно улучшает перспективы работы. В совокупности эти достоинства как раз и обусловили широкое распространение плавких электродных инструментов.

Ее полное название — аргонная сварка нерасплавляющимся приспособлением в инертном газе. Точнее, конечно, было бы говорить о том, что электрод не плавится при используемой температуре. В рабочую область подаются самые разные инертные газы и их комбинации. Выбор химического состава защиты определяется типом обрабатываемого металла. Шов на стыке формируется или из только самого обрабатываемого металла или также за счет присадок: прутов и полос.

Химически нейтральная среда позволяет не опасаться, что на шов будут воздействовать негативным образом газы, входящие в состав воздуха, и посторонние в нем примеси. При сварке методом ТИГ допускается применять как переменный, так и постоянный ток. Удается добиться очень хорошего шва, однако процесс отнимает много времени и не может быть выполнен сварщиками низкой квалификации.

Основная область применения методики ТИГ — подготовка ответственных швов, которые переносят мощные нагрузки и выглядят привлекательно. Такой подход востребован:

• пищевой промышленностью;
• индустрией медицинской техники;
• там, где нужно создавать сосуды высокого давления;
• в производстве микросхем;
• при строительстве трубопроводов;
• при манипуляциях с тонкостенными конструкциями и листами толщиной не более 6 мм.

Сразу стоит отметить, что если разница между ручной и автоматизированной сваркой весьма проста, то разграничить применение автоматов и полуавтоматов в той же степени невозможно. Современные полуавтоматы работают под флюсом, используя проволоку малых сечений (не более 2,5 мм). Благодаря введению флюса можно нарастить сварочный ток, тем самым сделав дугу производительнее. Подача проволоки производится обычно на постоянных скоростях. Необходимость изменять их возникает редко.

Химический состав флюса может варьироваться в широких пределах. В любом случае этот порошок образует защитный слой, прикрывающий сварную ванну и охлаждающийся шов. Когда частицы начинают разрушаться под действием тепла, выделяется специальный газ. Он позволяет гарантировать стабильность дуги и поэтому прямо влияет на эффективность сварочного процесса.

Флюсовая электросварка востребована в промышленных условиях. Там ее стараются максимально автоматизировать на всех этапах. После подобной обработки изделия стойко переносят самые сложные условия применения, рывки давления и температуры. Неудивительно, что этот метод применяют, когда нужно произвести:

• корпус вагона или электровоза;
• корпус корабля;
• фюзеляж самолета или вертолета;
• ротор электростанции;
• космические спутники;
• башенные краны;
• станки высокого класса;
• карьерные самосвалы;
• оборудование для ТЭЦ, водопровода, канализационных насосных станций;
• военную и специальную технику.

Этот вариант в классификации сварочных методов получил название MIG/MAG. Схема MIG направлена на применение химически инертного газа. В свою очередь подтип MAG отличается тем, что использует активную газообразную среду. Вместо электродного инструмента в таком варианте применяется расплавляющаяся из-за теплового эффекта тока проволока. Очень важна ее автоматическая подача в зону сварки, точнее — внутрь горелки.

В ту же горелку подкачивается необходимый газ. Его состав, как и в других случаях, определяется видом свариваемых материалов. Работа ведется только на постоянном токе. Повышенная производительность позволяет не опасаться характерной для метода MIG/MAG низкой характеристики шва и появления металлических брызг. Основные рабочие настройки регулируются через сам аппарат, причем в довольно широких пределах.

Отдельно стоит указать, что в ряде случаев дуговая сварка ведется импульсно. При подаче импульса конец электрода плавится. На нем появляется капля заданного габарита. Эта капля отрывается и попадает на заготовленный металл. Сила тока сразу откатывается к значению, которое позволяет только поддерживать саму дугу, металл в сварочной ванне застывает, а затем по мере необходимости цикл повторяют вновь.

Самые ответственные соединения часто создают в вакууме. В нем сварочному процессу вообще ничто не мешает, даже инертный газ. Подобная методика широко применяется в аэрокосмической отрасли.

С самого начала стоит указать, что сварные швы и сварные соединения — это не совсем одно и то же (во всяком случае, на этом настаивает ряд специальных изданий; другие эксперты смешивают их между собой). Простейшее определение говорит, что сварочный шов — это любое неразъемное соединение, выполненное при помощи сварки. Другой подход говорит, что это место, где связаны как минимум 2 детали в процессе кристаллизации и/или пластической деформации вещества. Так или иначе, сварочные швы принято классифицировать по ГОСТ, принятому еще в 1980 году. Стыковые соединения отличаются большой популярностью, и именно их применяют, когда нужно приваривать листы металла либо торцы труб.

Важнейший момент в таком случае — жесткое закрепление деталей, между которыми сохраняется только промежуток 1—2 мм. В это пространство изливается расплавляющийся металл, и поэтому происходит соединение. Всего в сварочной литературе описано 32 типа стыковых швов. При работе с тонким металлом подготовка швов совсем не обязательна, главное – чтобы толщина изделий не превышала 4 мм. С листами от 4 до 12 мм включительно допускается односторонняя и двусторонняя обработка, однако перед ней края полагается зачищать.

Листы толще 12 мм варят строго с двойными швами. Их геометрия может напоминать только букву X. Теоретически сварщик может, конечно, использовать зачистку кромок по схемам V и U, однако это увеличивает затраты металла, тормозит работу и вынуждает перерасходовать плавкие электроды. Довольно широко, пусть и в меньшей степени, чем стыковые, применяются тавровые швы. При осмотре условного разреза на схеме они схожи с буквой Т. Достигается этот результат привариванием торца к боковине, преимущественно в перпендикулярных плоскостях. Государственному стандарту соответствуют 9 типов тавровых стыков. В любом случае они должны производиться путем глубокого плавления. Тавровую сварку можно вести и вручную, однако при этом придется тщательно обрабатывать кромки.

Спорное место — классификация угловых швов. Часть источников утверждает, что это все те же тавровые соединения. По форме они близки к букве Г либо к букве У. Важная тонкость: тщательный контроль над перемещающимся электродом, потому что иначе добиваться правильного угла наклона, исключающего стекание металла с угла, не получается. Хороший угловой шов всегда отличается однородным заполнением.

Массово в сварочной практике выполняются и швы внахлест. Суть в том, что соединяемые поверхности идут параллельно, с частичным перекрытием. На таком примере часто обучают начинающих сварщиков. Толщина швов внахлест не может превышать 8 мм, и такое же требование предъявляется к самому металлу. Нормальный угол наклона электродного инструмента составляет не менее 15 и не более 45°. Швы могут классифицироваться еще и по расположению в пространстве. Любой сколько-нибудь опытный сварщик всегда старается выбирать нижнее соединение. Оно максимально удобно и облегчает контроль над металлической ванной. Новичкам тем более стоит начинать именно с подобной методики. Горизонтальный шов плох тем, что в силу всемирного тяготения металл ползет вниз.

Варить его можно слева направо либо справа налево — по желанию. А вот наклон электрода стараются увеличить до максимума. Смотрят при этом, разумеется, на необходимые параметры электропитания и темп работы.

При создании вертикального соединения сползать будет не вся ванна сразу, а отдельные капли. Неплохим выходом оказывается укорачивание дуги. Вертикальное сваривание сверху вниз применяется не так часто, как снизу наверх, поскольку требует скрупулезного отслеживания состояния ванны. Самыми сложными даже опытные профессионалы считают потолочные швы. Сделать их как следует — признак настоящего мастерства. Работа ведется строго под углом 90°, дугу стараются укоротить, а скорость ее движения выдерживать на постоянном уровне. По возможности стоит таких стыков вовсе избегать, так как они слишком неудобны и ненадежны, даже когда работа выполнена безукоризненно.

Соединения при сварке отличаются и по виду контура. Продольный тип заставляет очень тщательно готовить металл. Категорически нельзя оставлять даже единичные заусенцы, кромки и прочие неровности.

Из оборудования, конечно, обязательно придется покупать сварочный аппарат. Системы на переменном электропитании просты конструктивно и могут выдавать необходимую дугу долгое время. Регулировка рабочих параметров тоже упрощена. Однако все больше электросварщиков для дома и для работы выбирают установки постоянного тока. Они обеспечивают как прямую, так и обратную полярность, разные металлы требуют или одного, или другого подхода, и путать поляризацию нельзя.

Стоит разобраться и с употребляемыми материалами. Электроды, рассчитанные на переменный ток, успешно работают и от источников питания дуги, выдающих постоянное электричество. Но обратная совместимость отсутствует, и это правило необходимо применять досконально! Критически важно также учесть маркировку таких приспособлений. Все плавящиеся изделия выпускают из металла, неплавящиеся могут быть сделаны из вольфрама, но есть также угольные и графитовые образцы.

Расшифровка марки происходит так:

• А — покрытие кислым составом;
• Р — используется рутил;
• Ц — целлюлоза;
• Б — основной тип состава обмазки электродов (употребляется практически в универсальном формате);
• П — слой с легирующими добавками (необходимость в нем возникает редко);
• С — они же специальные — изделия предназначены для сварки под водой.

Обязательно надо оценивать и диаметры электродов. Они подбираются сообразно силе и плотности тока, а также толщине заготовок. Самые тонкие электродные инструменты (2 мм) могут делать стыковое соединение толщиной 1 мм. В случае с соединением внахлест этот показатель достигает уже 2,5 мм как минимум.

Что касается порошковой проволоки, то хороший сварщик должен уметь использовать ее медные, алюминиевые и стальные варианты одинаково эффективно.

Технология и параметры дуговой сварки довольно просты даже для начинающих, однако есть и ряд тонкостей. Перед началом работы необходимо тщательно проверять не только оборудование, но и соединяющие его провода, и собственную спецодежду, защитную экипировку. Начинать обучение следует с электродов наименьшего диаметра. Только постепенно можно наращивать и их сечение, и силу тока, и толщину металла, и темпы работы. Но даже самому опытному сварщику не следует особо гнаться за скоростью — качество и аккуратность должны быть на первом месте.

Рекомендуется использовать новые электроды. Старые слишком часто бывают нестабильны. Схема дуговой сварки своими руками проста: сначала нужно соприкосновение конца электрода и обрабатываемого металла.

Что касается техники исполнения шва и режимов работы, то наиболее важны такие параметры, как:

• сечение электрода;
• вид тока;
• дуговое напряжение;
• величина вылета электрода;
• его расположение;
• размещение самого изделия;
• геометрия кромок.

Температура дуги сильно отличается в зависимости от конкретной ее зоны. Но стремиться работать при самой высокой из возможных температур не следует. По возможности следует освоить технику работы в среде защитных газов. Для глубокой проплавки используют кислородно-углекислотную смесь, подача газа обязательно подразумевает использование инверторного оборудования.

О том, как научиться варить электросваркой, смотрите в следующем видео.