Как выполнять дуговую сварку

Сварка защищенной дугой – процесс соединения двух металлических частей с использованием электродов, покрытых флюсом, которые плавятся в электрической дуге и становятся неотъемлемой частью свариваемых частей. В данной статье описывается процесс использования при дуговой сварке электродов, а также сварочного аппарата обычного, трансформаторного, исполнения.

Понимание процесса сварки защищенной дугой.

Электрическая дуга формируется на кончике сварочного электрода при протекании тока через воздушный промежуток и через заземленный свариваемый металл. Здесь приведены некоторые термины, используемые в данной статье, и их описания.

• Сварочный аппарат. Данное понятие применимо к аппарату, который преобразует переменное напряжение 120-240 В в напряжение для сварки. Обычно это переменное напряжение 40-70 В или постоянное напряжение различных диапазонов. В состав данного аппарата обычно входит большой, тяжелый трансформатор, схема регулятора напряжения, внутренний вентилятор охлаждения и переключатель диапазонов силы тока. Понятие «сварщик» применимо к человеку, который выполняет сварку. Сварщик также осуществляет управление сварочным аппаратом.
• Провода, или сварочные кабеля. Это – изолированные медные проводники, по которым подводится к свариваемой рабочей поверхности ток большой величины и низкого напряжения.
• Электрододержатель, или стингер – это устройство на конце проволоки, которое держит электрод, с помощью которого сварщик выполняет сварочные работы.
• Заземление и заземляющий зажим. Заземление – это проводник, который заземляет или замыкает электрическую цепь. Заземляющий зажим присоединяется к рабочей поверхности и обеспечивает протекание электрического тока через свариваемый металл.
• Ампераж, или амперы. Это – электрический термин, который используется для описания величины электрического тока, подводимого к электроду.
• Постоянный ток и обратная полярность. Это – альтернативная конфигурация, которая используется в дуговой/электродной системе сварки. Данная конфигурация обеспечивает большую гибкость, особенно при сварке потолочным швом и при сваривании определенных видов сплавов, которые невозможно сварить с помощью переменного тока. В состав сварочного аппарата, который генерирует данный род тока, входит выпрямительная схема, или же ток вырабатывается генератором. Он намного дороже по сравнению с традиционным сварочным аппаратом переменного тока.
• Электроды. Существует множество специализированных сварочных электродов для сваривания конкретных сплавов и типов металлов, таких как твердый и ковкий чугун, нержавеющая или легированная сталь, алюминий, а также различных видов закаленных и высокоуглеродистых сталей. Традиционно электрод состоит из тонкого стержня в центре, который покрыт специальным слоем (флюсом). Флюс, сгорая в процессе горения дуги, потребляет кислород и насыщает область шва двуокисью углерода, предохраняя свариваемый металл от окисления и от его горения в пламени дуги в процессе сварки.

Традиционные типы электродов и их назначение:

Электроды E6011 – это электроды из мягкой стали, покрытые древесно-целлюлозным слоем. Первые две цифры в обозначении электрода – это предел его прочности, измеряемый в фунтах на квадратный дюйм, умноженный на 1000. В приведенном примере предел прочности электрода составляет 60000 фунтов на кв. дюйм.

Электроды E6010 – это электроды обратной полярности, обычно используемые для сваривания паровых и водяных трубопроводов. Их целесообразно использовать для потолочной сварки, так как при плавлении металл, обладающий определенной формой, переходя из твердого состояния в расплавленное, втягивается потоком постоянного тока от электрода к обрабатываемой поверхности.

Существуют и другие виды специальных электродов E60XX. Однако они не будут изучаться подробно в данной статье в связи с тем, что электроды E6011s являются стандартными электродами общего применения, а электроды E6010s являются стандартными электродами для сварки постоянного тока обратной полярности.

Электроды E7018 – это электроды с низким содержанием водорода, из стали, покрытые флюсом, с высоким пределом прочности – 70000 фунтов на кв. дюйм. Часто применяются при сваривании сборок металлической конструкции в строительной отрасли, а также и в других случаях, когда применяется твердый присадочный материал и требуется прочный сварной шов. Хотя эти стержни и обеспечивают большую прочность, обратите внимание на то, что они не обеспечивают чистый, качественный шов при отклонении величины силы тока от требуемой величины, а также при наличии загрязнения (ржавчины, краски или оцинковки) конструкций. Их называют электродами с низким содержанием водорода, так как принимаются постоянные меры по снижению содержания водорода. Эти электроды должны храниться в печи при температуре от 120ºС до 150ºС. Данный уровень температуры выше температуры кипения воды на уровне моря – 100ºС. Данный уровень температуры препятствует образованию влаги (росы)(H2O) в воздухе и не дает ей накапливаться во флюсе.

Никелевые электроды, электроды из литейного сплава, электроды с никелевым стержнем. Это – специальные электроды, предназначенные для сваривания твердого, высокопрочного и ковкого чугуна, которые обладают большей податливостью при расширении и сжатии свариваемого материала.

Стержни из разнородного металла. Эти стержни изготовлены из специального сплава и обеспечивают лучший результат при сварке закаленных, твердых или легированных сталей.

Алюминиевые стержни. Существуют более современные технологии, обеспечивающие дуговую сварку алюминиевым стержнем в конвекционной среде, вместо сварки электродом в среде защитных газов. Это – сварочные аппараты MIG (газ, инертный к металлу) или TIG (газ, инертный к вольфраму), называемые часто гелиевыми, так как гелий – это газ, ранее используемый для защиты пламени дуги в процессе сварки. Официальное название было дано Американским обществом сварки (AWS), так как в этих случаях дуговая сварка производится плавящимся покрытым электродом (стержнем) в среде газа, инертного к вольфраму (tig) и газа, инертного к металлу (mig).

Размеры электродов. Выпускаются электроды различных размеров, в зависимости от диаметра металлического сердечника стержня. В зависимости от силы тока сварки, а также плотности свариваемого материала, стержни из мягкой стали могут быть диаметром от 16 мм до 1 см. Стержень, выпускаемый под определенную силу тока, обладает наибольшей производительностью при данной силе тока. Диапазон тока, протекающий через электрод выбранного диаметра, обусловлен материалом подложки и желаемой глубиной проникновения. Далее в этой статье будет приведен выбор конкретного диапазона тока сварки.

Средства защиты:

Важнейшим условием для безопасной сварки является выбор подходящих средств защиты для конкретной работы, а также их правильное использование. Здесь приводится перечень предметов, необходимых для безопасной сварки.

Защитный щиток (шлем). Это – маска, которая надевается сварщиком для того, чтобы защититься от яркой вспышки дуги, а также от искр, выбрасываемых в процессе сварки. Стандартные стекла для дуговой сварки очень затемнены, так как вспышки дуги негативно воздействуют на сетчатку глаза. Для дуговой сварки уровень затемнения 10 является минимальным. Защитные шлемы с линзами-раскладушками являются более эффективными, так как затемненные линзы могут быть подняты, а дополнительные прозрачные линзы защитят сварщика от частичек шлака, отлетающих в процессе сварки. Самозатемняемые защитные щитки являются наиболее эффективными на сегодняшний день защитными щитками, которые сегодня можно купить. Линзы данного сварочного щитка слабо затемнены и пригодны для шлифовки и газовой резки. При обнаружении дуги эти линзы затемняются автоматически на 10 единиц. Современный рынок предлагает различные модификации автоматических самозатемняемых линз.

Сварочные перчатки. Это – специальные изолированные кожаные перчатки, до 15 сантиметров выше запястий, которые защищают руки и предплечья сварщика (человека, выполняющего сварку). Они также обеспечивают частичную защиту от ожога при случайном контакте человека с электродом.

Сварочная кожаная одежда. Это – передник в виде кожаной куртки, защищающий плечи и грудь сварщика. Применяется при выполнении работ выше уровня головы, когда искры могут воспламенить одежду сварщика или причинить ожоги.

Рабочие ботинки. Для предотвращения ожога ног от раскаленного шлака и горячих искр, человек, выполняющий сварку, должен носить ботинки с областью зашнуровки как минимум 15 сантиметров. Ботинки должны быть с изолирующими подошвами из материала, который не плавится и не является легковоспламеняемым.

Меры, гарантирующие качественную сварку.

Сварка – это не просто процесс манипулирования сварочным стержнем с листом стали для его соединения с другим листом стали. Процесс сварки начинается с правильной установки и закрепления свариваемых деталей, или соединения вместе двух свариваемых поверхностей. Для поверхностей большой толщины скос можно заточить, чтобы наплывы твердого материала полностью заполнили паз. Далее приводится последовательность основных действий, необходимых для сваривания простого шва.

Зажигание дуги. Это – процесс создания электрической дуги между электродом и рабочей поверхностью. Тепло, необходимое для плавления и сваривания частей металла вместе, невозможно высвободить. если просто передавать ток от электрода к заземленной заготовке.

Перемещение дуги для создания валика. Валик – это смесь расплавленных металлов сварочного электрода и свариваемой поверхности. Служит в качестве наполнителя пространства между свариваемыми частями металла.

Формирование сварного шва. Это достигается за счет переплетения дуги взад и вперед через путь шва, или за счет движений в виде зигзага, или за счет движений в виде восьмерки. Благодаря этому металл распространяется по всей ширине, и, тем самым, достигается цель – формируется сварной шов.

Стружка и чистка шва между проходами. Каждый раз, по окончании прохода, или пути, от одного конца шва до другого, необходимо удалить шлак, или материал расплавленного флюса электрода, с поверхности сварного шва. Это необходимо повторять до тех пор, пока при последующем проходе не обнаружится, что шов заполнен лишь чистым расплавленным металлом.

Набор инструментов и материалов, необходимых для начала сварки.

Сюда входит сварочный аппарат, электроды, кабели и заземляющие зажимы, а также свариваемый металл.

Подготовка безопасной рабочей зоны.

Предпочтительно, чтобы был стол, изготовленный из стали или другого негорючего материала. В действительности подойдет несколько листов мягкой стали. Минимальная толщина – 0,5см.

Подготовка свариваемого металла.

В случае, если свариваемый металл состоит из двух частей, которые необходимо соединить в процессе сварки, может потребоваться подготовка, или сварочная подготовка этих частей, которая заключается в срезе фасок по сторонам, которые должны быть соединены. Благодаря этому обеспечивается в достаточной степени проникновение сварочной дуги, необходимой для перевода металла с обоих сторон в расплавленное состояние. В результате присадочный металл проникает в по всему сечению в глубину свариваемого металла. Как минимум, необходимо удалить краску, жир, ржавчину или другие загрязнения и убедиться в том, что шов с расплавленным металлом в процессе сварки будет чистым.

Присоединение зажимов для фиксации свариваемых поверхностей вместе.

Обычно используются плоскогубцы с зажимом, С-образные струбцины, тиски или пружинные зажимы с захватом. При выполнении определенных видов сварочных работ необходимо комбинировать различные методы для обеспечения надежного соединения поверхностей.

Подключение заземляющего зажима к большей по размеру части, которая подлежит свариванию.

Убедитесь в чистоте поверхности и в том, что выбрано правильное местоположение заземляющего зажима – электрическая цепь должна замыкаться на заземление по пути наименьшего сопротивления. Опять же, ржавчина или краска мешают надежному заземлению свариваемой части. А это препятствует образованию дуги вначале процесса сварки.

Выбор подходящего стержня и диапазона тока для выполнения требуемой работы.

Например, для эффективного сваривания 0,6-мм.  листовой стали применяется 0,32-см. электрод E6011 и подается ток 80-100 А. Установите электрод в электрододержатель (далее по тексту – стингер). Убедитесь в чистоте проводящего материала зажима стингера, который держит конец электрода.

Включение сварочного аппарата.

Вы услышите жужжащий звук, исходящий от трансформатора. Звук вращения вентилятора охлаждения может быть или слышен, или не слышен. Вентиляторы некоторых сварочных аппаратов начинают вращаться только тогда, когда требуется охлаждение аппарата. В случае необходимости проверьте схему подключения питания и выключатель, расположенный на щите управления. Так как сварочные аппараты, во время их работы, потребляют значительную мощность, они требуют специальную схему подключения, рассчитанную на ток 60 А или выше, на напряжение 240 В.

Правильное удержание электрода.

Удержание стингера с электродом за изолированную ручку в правой (для левши – в левой) руке в положении, которое обеспечит естественность движений при сваривании сразу после того, как Вы ударите кончиком электрода по свариваемой поверхности. Удерживайте сварочный щиток на достаточной высоте таким образом, чтобы Вам был виден процесс движения электрода у рабочей поверхности в пределах нескольких дюймов. Вы должны быть готовы опустить затемняющие линзы для защиты глаз. До подачи напряжения питания можно выполнить пробное соприкосновение электрода с рабочей поверхностью для того, чтобы почувствовать электрод. Однако, никогда не зажигайте электрическую дугу без защиты глаз.

Выбор точки начала сварки.

Поднесите кончик стержня к точке начала сварки и опустите защитный шлем. Прислоните кончик электрода к рабочей поверхностью и, тем самым, замкните электрическую цепь. После этого немедленно возвратите электрод назад на некоторое расстояние для зажигания электрической дуги между электродом и свариваемым металлом. Альтернативный способ зажигания дуги, подобный зажиганию спички. Дуговой промежуток, или воздушное пространство, создает большое сопротивление в электрической цепи. За счет этого вспыхивает пламя дуги, или плазмы, с температурой, достаточной для плавления электрода и металла зоны сварки.

Ударение электрода о рабочую поверхность, взятие электрода назад при появлении электрической дуги.

Так как расстояние от кончика электрода до свариваемой поверхности зависит от диаметра электрода и силы тока, данное действие требует большой практики. Но если Вы научились правильно выдерживать это расстояние, между электродом и рабочей поверхностью будет наблюдаться устойчивое горение дуги. Обычно длина дугового промежутка не более, чем диаметр электрода. Поддерживайте устойчивое горение дуги, соблюдая расстояние от электрода до рабочей поверхности от 0,32 до 0,5 см. Перемещайте электрод по направлению сварки. При перемещении электрода металл будет расплавляться и заполнять шов. Тем самым будет осуществляться процесс сварки.

Опыт перемещения электрода от одного до другого края шва с поддержанием стабильной дуги и постоянной скорости и с выдерживанием правильного направления движения. Научившись управлять дугой, Вы перейдете к процессу прокладки, или наращивания, сварного шва. Это – слой металла, который соединяет две свариваемых поверхности. Процесс формирования валика зависит от ширины (если шов однородный) наполнения и от глубины проникновения наплавленного металла. Чем меньше скорость движения электрода, тем глубже проникает наплавленный металл. А широкий шов обеспечивается при зигзагообразных или узорообразных движениях электрода.

Поддержка дуги стабильной по всей траектории сварки.

При замыкании электрода на металл и его заклинивании, резкий рывок электрода на себя может легко привести к переламыванию стержня, повреждению стингера или сварного шва. При потере дуги из-за удаления электрода слишком далеко, необходимо остановить процесс сварки и очистить сварной шов от шлака. После этого следует выбить дугу и продолжить сваривание шва, очищенного от шлака, с места потери или нарушения дуги. Никогда не кладите слой наплавленного металла поверх шлака, так как он растворится в плазме дуги и создаст пузырьки в глубине наплавленного металла. Сварка получится непрочной и грязной.

Перемещение электрода по радиальной траектории для формирования более широкого валика.

Данный прием позволяет сформировать более объемный шов в один проход. Сварка получается чистой и без дефектов. Используется поперечное движение электрода относительно продольной оси сварного шва, либо зигзагообразное, криволинейное, а также движение в виде восьмерки.

Регулирование выходной силы тока сварочного аппарата в зависимости от свариваемого материала и желаемой глубины проникновения дуги.

Если в процессе сварки шов получается пористым, с глубокими кратерами по краям, или металл интенсивно плавится и прогорает, необходимо постепенно уменьшать силу тока до тех пор, пока ситуация не придет в норму. Если существуют трудности в зажигании или поддержке дуги, необходимо увеличить силу тока.

Очистка выполненного сварного шва.

По завершении сварки может потребоваться очистка шва от шлака с целью его последующей покраски либо из косметических соображений. Обломайте шлак. Обработайте шов проволочной щеткой для его очистки от инородного материала и остатков шлака. Если необходимо обеспечить ровную поверхность, чтобы в дальнейшем ее приварить к другой поверхности, воспользуйтесь угловой шлифмашиной для удаления верхней кромки или верхней части валика. Чистый сварной шов, особенно после обработки, легче проверить на слоистость или на наличие раковин и других дефектов сварки.

Окраска шва.

Используйте антикоррозионную грунтовку для предотвращения коррозии. Если свежий сварной шов подвергается атмосферным воздействиям, таким как влага, его быстро разъест коррозия

Советы:

• При сваривании больших по размеру заготовок, которые невозможно эффективным образом зажать, для предотвращения сдвига, соедините части воедино с помощью маленьких сварных швов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга.
• Некоторые люди вслушиваются в звуки, издаваемые электрической дугой, чтобы судить о качестве сварки. Хлопки и щелкающие звуки могут свидетельствовать о несогласованном дуговом промежутке или о неправильно выбранной силе тока.

Предостережения:

• Металл остается горячим в течение длительного периода времени после завершения сварки. Поэтому, до полного остывания материалов, держите животных и детей отдельно.
• Во избежание поражения электрическим током, выполняйте периодический осмотр кабелей и соединений.
• Ток большой силы, генерируемый дуговым сварочным аппаратом, крайне опасен. Поэтому пользуйтесь кабелями и стингером с осторожностью. Никогда не выполняйте сварочные работы во влажных условиях. Не сваривайте влажный материал без предварительной подготовки.
• Защитите себя от ожогов, покрыв кожу перчатками, лицо – маской, в зависимости от того, какие части тела необходимо покрыть. Никогда не выполняйте сварку без защитного шлема.
• Избегайте вдыхания паров сварки. Это особенно актуально при сваривании металлов с оцинкованными поверхностями и с электролитическим покрытием, а также при сваривании металлов, окрашенных оксидными грунтовками.
• Яркий свет электрической дуги может вызвать ожог, подобный солнечному ожогу. Поэтому, для уменьшения воздействия света дуги, необходимо носить рубашки с длинными рукавами и длинные брюки.
• В подборке ниже дается ссылка, где можно ознакомиться со специальными предостережениями и мерами предосторожности.

Что Вам понадобится:

• Сварочный аппарат с проводами, зажимами и электродами;
• Инструменты для подготовки и очистки сварных швов, в том числе обрубочный молоток, проволочная щетка и угловая шлифовальная машина;
• Средства защиты.