Как варить дуговой сваркой

Суть процесса и варианты

Электрическая дуга

Для того, чтобы защитить рабочую зону от контакта с кислородом и азотом воздуха, а также с содержащимися в нем водяными парами, ее окружают слоем флюса. Это специальный порошок, при сгорании которого выделяются защитные газы. Кроме того, в состав флюса входят легирующие элементы и другие добавки, улучшающие качество сварного шва.

Порошок, состав которого описан в ГОСТ 16130-72, может быть включен в состав сварочной порошковой проволоки. Иногда инертным газом заполняют весь объем сварочной камеры, тогда нужда в порошке отпадает.

Автоматический сварочный станок следит за расстоянием между концом электрода и заготовкой. Существует несколько кинематических разновидностей таких станков:

• головка неподвижна, свариваемые трубы вращаются в приводных валках;
• головка перемещается по заданному пути на манипуляторе;
• головка закреплена на самоходном шасси (тракторе), которое двигается по заданной траектории внутри свариваемого объекта.

Автоматический станок выполняет такие сварочные работы, как:

• «на весу», без защиты для тыльной стороны шва;
• на медной подложке вдоль всей линии шва, защищающей тыльную часть соединения от потеков и наплывов;
• на порошковой подушке, создающей облако защитных газов;
• на медной пластине, перемещаемой синхронно с головкой.

При выполнении сложных видов соединений применяются такие приемы, как предварительная проварка корневой части и подварка тыльной части шва.

Основные понятие процесса сварки

Сварка – это технологический процесс создания надежных соединений путем нагревания, либо пластической деформации с установлением межатомных связей в последствии. Структура изделий получается не прерывной. К электроду и сварочному материалу через инвертор подводится энергия. Сначала плавится металл электрода, так получается сварочная ванна, в этой ванне происходит смешивание электрода с основным материалом, а шлаки, всплывающие на поверхность служат защитной пленкой. Процесс сварки – это ничто иной, как затвердевание металла после всех вышеперечисленных воздействий. Электроды бывают нескольких видов – плавящиеся (плавится прут электрода) и неплавящиеся (при неплавящемся электроде применяют присадочную проволоку, которая плавится в ванной отдельно).

Соединение труб при помощи электросварки

Электросварные фитинги из металла

Электросварные фитинги — это приспособления, которые помогают соединить две части заготовок. Существуют два формата: резьбовые и сварные. Концы резьбового фитинга — резьба выполнена внутри и снаружи соединительной детали. А также фитинг имеет фаску, что облегчает выполнение электросварного шва.

Многие из этих приспособлений прикрепляются к детали с помощью двух элементов: колена и приклада. В первом варианте диаметр больше, чем во втором, а второй, как правило, совпадает со свариваемой деталью.

Электрический фитиновый полиэтилен

Эти детали позволяют увеличить электрофузию соединяемых деталей. Обычно полиэтиленовые вспомогательные соединительные детали используются для полиэтиленовых водопроводных труб, которые предназначены для систем с низким давлением.

Фитинги из HDPE устанавливаются на трубах при помощи приклада или перекрытия. Элементы удерживаются специальным держателем. Устанавливают соединение и трубку, затем нагревают, вводя в фитинг.

Примечательно, что оба варианта электросварки основаны на химическом воздействии — разрушении молекулярных цепей полимеров при температуре 170 градусов Цельсия и образовании новых в процессе упрочнения пластика.

Сцепление и электроопыление

Современные электрические технологии достигли уровня, на котором легко обойтись без громоздкого, сложного в использовании и устаревшего оборудования.

Наружная оболочка и её фитинг расплавляются, а после падения температуры создаётся новая полимерная цепь. В результате гарантируется качественная электросварка полиэтиленовых труб, которую можно безопасно использовать как для домашних систем, так и для промышленных трубопроводов.

Эти фитинги характеризуются следующими преимуществами:

• они соединяют трубы диаметром от 20 до 400 мм;
• соединение установлено внутри и способно выдерживать работу при высоком давлении;
• они инертны ко всем химическим веществам и, таким образом, безопасны даже для воды;
• выдерживают любые скачки давления.

У фитингов есть большой ассортимент — от маленького до большого диаметра. Их можно использовать даже на крупных химических заводах.

Для установки арматуры вы можете использовать трансформатор.

Как приготовить электросварку труб

Подготовка: сварщик, заготовка, соединительный элемент, трансформатор в полной готовности и целостности.
Труба под прямым углом.

С фаской кромки детали, для точной резки.
Труба проходит в фитинг и фиксирует место, где ранее отмечалось.
Обезжирить части.
После подключения сварочного трансформатора к источнику питания сформируйте сварное соединение.
Сварочный аппарат выключен, и включён режим прогрева в течение 30 минут.
Важно не перемещать какое-либо соединения или держатель! После выключения ожидайте полного охлаждения.
Устройство готово для использования и дальнейшего подключения!

Разновидности

Применяется несколько разновидностей технологии автоматической сварки. На одних агрегатах манипулятор перемещает головку, на других, применяемых для соединения труб, головка неподвижна, а вращается заготовка. Самоходные шасси перемещают трактора по заданному пути внутри или снаружи соединяемых деталей. Кроме кинематических схем, различаются и способы создания защитной атмосферы вокруг сварной зоны.

В среде аргона

Аргонная сварка проводится неплавким вольфрамовым электродом в защитной среде чистого аргона или его смеси с другими инертными газами.

Газовая смесь подается под небольшим давление в сварочную зону через форсунку, встроенную в головку. Способ применяется как с неподвижной головкой, так и на тракторных системах. Аргонная сварка особенно широко распространена при соединении нержавеющих сплавов и некоторых цветных металлов.

Порошковой проволокой

В этом случае используется плавкий электрод. Он представляет собой сварочную проволоку сложного поперечного сечения. под металлической оболочкой расположены каналы, напененные спрессованным флюсовым порошком.  Эта проволока подается в зону сварки с постоянной скоростью специальным механизмом.

Высокая стоимость изготовления такой проволоки окупается снижением трудоемкости операций по внесению порошкообразного флюса вдоль линии шва и последующей уборки его остатков.

Плазменная сварка

В данной технологии применяется электродуги, возбуждается между двумя неплавкими электродами в потоке ионизированного аргона либо гелия. Плазменная дуга благодаря повышенной температуре позволяет эффективно сваривать заготовки из высоколегированных сплавов, в том числе и большой толщины. Таким методом проваривают кольцевые швы, присоединяющие крышки и днища сосудов. Присадочная проволока при необходимости подается в зону сварки специальным механизмом.

Используемые электроды

Согласно нормам технологии ручной электродуговой сварки, для создания качественного шва применяются электроды, покрытые специальным напылением. Тип последнего подбирается с учетом вида обрабатываемого металла. Оптимальным для работы в домашних условиях считается рутиловое покрытие.

Стержни данного типа отличаются следующими особенностями:

1. Работать с таким покрытым электродом могут начинающие сварщики.
2. На рынке представлен широкий ассортимент элеткродов, покрытых рутилом.
3. Рутиловые электроды при нагреве формируют зону с высоким содержанием водорода, который негативно сказывается на качестве шва.
4. При работе возможно сильное разбрызгивание расплавленного металла.

При выборе стержней эдля электросварки необходимо обращать внимание на маркировку. Последняя позволяет понять, для каких металлов подходят электроды

Прокалка (сушка)

Если электроды хранились не в герметичной упаковке и могли отсыреть, то их советуют прокалить. Надо отметить, что прокалка электродов непосредственно перед применением относится к ответственным процедурам, обеспечивающим загорание дуги.

При этом специалисты не рекомендуют слишком увлекаться ею, поскольку чрезмерный и частый нагрев стержня может привести к повреждению специального покрытия.

Желательно точно просчитать требуемое количество изделий и просушить с таким расчётом, чтобы по завершении работ их не осталось совсем или оставалось по минимуму.

При следующем обращении к сварочным операциям просушенные ранее электроды должны быть отработаны в первую очередь.

Прокаливание необходимо ещё и для того, чтобы несколько поднять температуру расходного материала непосредственно перед его использованием для сварки труб, например. Немногие образцы изделий способны сразу обеспечить требуемый рабочий режим по причине слишком большого перепада температур в зоне сварки.

Дополнительный прогрев стержней также обеспечивает герметичность соединения, образующегося при так называемой «сварке под давлением». Однако при этом необходим постепенный их нагрев, позволяющий выпарить скопившуюся влагу во избежание появления известкового налёта.

Вопрос прокалки тесно связан с предельным временем и условиями хранения. Согласно действующим нормативам срок годности этих изделий составляет примерно пять лет. Но, по мнению ряда специалистов, они могут эксплуатироваться ещё какое-то время по окончании гарантийного срока.

Подготовка оборудования и спецодежды

Первое, что нужно сделать начинающему сварщику — выбрать и подготовить инструменты и оборудование. по конструкции могут быть трансформаторами, выпрямителями и инверторами.

В принципе подойдёт любой из тих типов. Главное, чтобы аппарат позволял плавно регулировать силу тока в электроде. Это имеет решающее значение для поддержания сварочной дуги в рабочем состоянии.

Электроды отличаются друг от друга по диаметру и другим показателям, влажность флюса и масса свариваемых деталей тоже бывает разной – то есть каждая дуговая сварка индивидуальна, и силу тока, соответственно, тоже надо подбирать индивидуально.

Отдельно несколько слов стоит посвятить сварочным аппаратам-инверторам. Они работают от постоянного тока, что даёт возможность подключать проводки в два положения – на электрод или свариваемую поверхность можно подать «минус» (прямая полярность) или «плюс» (обратная полярность).

Тот элемент, на который подаётся плюс, всегда получает больший нагрев. Обратная полярность обычно используется в традиционной сварке, а прямая применяется для сваривания листов металла в высоком темпе.

Для работы и начинающему, и опытному мастеру также понадобится защитная маска. Во время сварки от электродуги идёт мощное УФ-излучение. И если долго смотреть на неё без защиты, можно обжечь роговицу глаза.

После подобного инцидента придётся восстанавливаться хотя бы пару дней. Спецовка из плотного материала, брезентовые или кожаные перчатки – ещё одни необходимые атрибуты начинающего сварщика.

Тонкая хлопчатобумажная ткань здесь не подойдёт — искры, всегда возникающие при дуговой сварке, легко её прожгут насквозь.

Назначение

Применение ручной дуговой сварки очень широко — от бытовых работ по дому и даче до промышленности, в том числе высокотехнологичной. Среди основных отраслей промышленности и народного хозяйства, где она используется, можно выделить:

• различные сервисные и ремонтные работы, например, автомобильной техники;
• сварку труб для воды, газа, нефтепродуктов.;
• кораблестроение (сварка листов корпуса);
• многие виды машиностроения.

Принцип ручной сварки часто применяется для наплавок на поверхность детали иного металла. В быту ручным дуговым методом сваривают беседки, скамейки, мангалы, качели, проводят ремонт металлических изделий.

Полярность при сварке инвертором

Плавление металла обуславливается воздействием на него высокой температуры сварочной дуги, которая возникает в результате присоединения противоположных клемм инвертора к металлической пластине и к сварному стержню. В зависимости от порядка подключения клемм сварочного инвертора, различают прямую и обратную полярность.

Порядок подключения клемм при прямой и обратной полярности

Полярность– это задание направления движения электронов

И прямая, и обратная полярность применяется при сварке инвертором, поэтому начинающему сварщику важно знать отличия этих видов подключений

Прямая полярность – это полярность, возникающая после подсоединения электрода к клемме «минус», а металлопластины — к клемме «плюс». При таком подключении движение тока идёт от электрода к металлу, в результате чего металл прогревается более интенсивно, и зона расплавления становится резко ограниченной и глубокой. Прямая полярность подключения сварочного инвертора выбирается при сварке толстостенных элементов и при инверторной резке.

Обратная полярность характеризуется подключением «минуса» к металлической пластине, а «плюса» — к электроду. Зона сплавления при таком подключении более широкая и имеет малую глубину. Направление тока направлено от металлической заготовки к электроду, в результате чего происходит более сильный нагрев электрода. Такой порядок уменьшает риск возникновения прожога и применяется при сваривании тонкостенных металлических изделий.

Варим трубы

Одно из технологических преимуществ РДС перед другими методами – это сварка труб ручной дуговой сваркой.

К данному виду работ всегда имеются особые требования. И прежде всего это идеальная герметичность швов и устойчивость к значительному и длительному давлению. Именно поэтому швы на трубе варят в нижнем положении, где это только возможно.

Трубы варят стыковыми швами, других вариантов практически нет. Предварительная подготовка – формирование прихваток, без них сделать что-либо будет трудно. Если труба большая, и ее диаметр превышает 30 см, участки сварки будут в длину будут составлять не больше 20-ти см.

Основной физический принцип

В основе электродуговой сварки лежит не один, а сразу два электрических принципа: явление короткого замыкания, с которым знакомы все, имеющие набор школьных знаний по электричеству, и явление пробоя

Вот на нем стоит остановиться внимание

Имеется в виду пробой диэлектрика, который происходит в результате насыщения его межатомного пространства частицами, несущими электрический заряд. Положительный заряд несут ионы, отрицательный — электроны.

Теоретически пробой возможен для любого диэлектрика (в определенных условиях), но в случае электродуговой сварки используется конкретно пробой воздушного пространства между электродом и массой (деталью).

Технологический процесс подразумевает создание на электроде заряда тока низкого напряжения, но большой силы — порядка 80-200 А, и огромной плотности — до нескольких тысяч А/см2.

Когда электродом касаются массы, то есть другого материала с высокой электропроводностью, в случае сварки металла, то возникает короткое замыкание, инициирующее мощное электрическое поле.

В этом поле и происходит пробой. Вследствие насыщения заряженными частицами прослойка воздуха превращается из диэлектрика в проводник тока.

Именно в этот момент и возникает сварочная дуга, давая название электродуговой сварке. Температура в зоне соприкосновения дуги с металлом может достигать 5000 °C.

Технология дуговой сварки

Электродуговая сварка выполняется по определенной технологии для обеспечения хорошего, гладкого и прочного соединения изделий.

Существует несколько способов поджога дуги:

• точечный, при котором сварщик точечно бьет проводником по изделию;
• способ чирканья.

Свойства проводников также могут быть разными при различных методах поджога. Это связано от покрытия на нем. Некоторые поджечь легче, некоторые сложнее, но каждый вид материала имеет свои достоинства и недостатки.

Создать дугу новым электродом намного проще. Достаточно ним коснуться металла, и сразу поднять на расстояние 2-3 миллиметра. Когда проводник поджигался многоразово, на его конце возникает шлаковая пленка. В таком случае нужно точечно ударить материалом несколько раз до образования искры.

Длина дуги – это величина, которая указывает на промежуток электрода и детали, между которыми происходит электрический разряд. Этот показатель напрямую зависит от диаметра электрода и выбирается от 0,5 до 1,2 его диаметра. Для получения качественного шва, электрод нужно держать максимально близко к детали.

Подготовительный этап

Прежде, как варить сваркой электродами металл, нужно все подготовить. Во-первых, подключить аппарат. Во-вторых, зачистить детали и надежно их закрепить, чтобы они не «гуляли» под аппаратом. В-третьих, сварщик должен надеть защитную маску.

Для начала рекомендуется потренироваться, как на металле зажигается материал, чтобы ориентироваться, каким способом лучше будет работать.

Образование дуги

При сварке для начинающих рекомендуется поддерживать короткую дугу, чтобы создать идеальную дорожку, без изъянов. С первого раза это не получиться – нужно некоторое время тренироваться.

Чем короче дуга, тем меньше металлических капель она дает и легче создавать качественное сплавление. При этом проводник расплавляется равномерно и плавно, обеспечивая достаточную глубину проплавления. Длину дуги новичок сможет контролировать по звуку оборудования. При короткой – он равномерный, при длинной – громкий и резкий.

Теоретически, как сваривать металл, знает каждый, но на практике необходимо долго учиться создать качественную дугу. Если она обрывается, ее нужно заново возбуждать и «запаивать» пробелы в швах. От силы тока зависит качество дуги, а от нее – качество шва.

При ошибочном подходе, можно образовать ожог на изделии, где в дальнейшем материал начнет портиться.

Формирование шва

Чтобы соединить металл электросваркой, важно создать надежный и качественный сплав между материалами. Различают несколько видов основных швов:

Ниточный – это самый простой способ, который может создать даже начинающий мастер. Он характеризуется продольными поступательными движениями и шириной, не более 3 мм. Он не создает надежное крепление и может быть использован на тонких и незначительных деталях. С такой дорожки рекомендуется начинать обучения для молодых мастеров, чтобы потом перейти к более сложным технологиям.
Продольно-поперечный тип создается в соответствии с названием. То есть, при этом нужно обладать знаниями и умениями, как правильно вести электрод в нескольких направлениях – вертикально и горизонтально. Такая дорожка намного прочнее предыдущего. Он отличается долговечностью и имеет ширину 1-1,5 сантиметра. Самая распространенная технология для такого шва – зигзаг, при котором проводник ведется от края до края по 10-15 мм в каждую сторону

При этом, очень важно соблюсти длину дуги, чтобы получить идеальную дорожку с минимальными примесями шлака.
При движении рабочего элемента в трех разных направлениях создается крепкий, «мертвый» и надежный шов. Изначально он начинается, как продольно-поперечный, но потом нужно создать возвратные движения, которые позволяют повторно проработать заваренную линию для большей надежности скрепления материалов

Здесь необходимо верно держать прибор, иначе под слишком большим наклоном соединительная дорожка получится толстой и неравномерной.

По завершению работы обязательно нужно сбить шлак с соединения, чтобы оставить идеально ровную полосу сваривания. При ошибочной работе, дорожка будет неровной, с пробелами и деформациями. Кроме эстетического вида, такое качество варки может отразиться на дальнейшей эксплуатации данных изделий.

Виды аппаратов и виды включений

Сварочный аппарат самого простого типа для электродуговой сварки — трансформаторный. По сути своей он представляет трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток. Этот аппарат варит переменным током.

Процесс имеет ряд описанных выше недостатков, кроме того, трансформаторный аппарат для преобразования тока промышленной частоты очень громоздкий и тяжелый.

Поэтому там, где требуется мобильность, чаще всего применяются сварочные инверторы. Эти устройства сначала преобразуют переменный ток от бытовой сети в ток высокой частоты, а затем преобразуют его в постоянный — выпрямляют. Эти устройства имеют значительно меньшие габариты и массу.

Электродуговая сварка инвертором позволяет, во-первых, добиться высокой стабильности дуги, что означает лучшее качество шва, а во-вторых, использовать разные режимы подключения — с прямой и обратной полярностью.

Полярность прямая, когда электрод подключается к катоду, а масса к аноду, то есть сварка идет «от плюса к минусу». Такой электродуговой сваркой соединяют большинство металлов.

Но в некоторых отдельных случаях, например, для сварки коррозионностойких (нержавеющих) сталей и некоторых других химически активных металлов может использоваться обратная полярность — электрод к аноду, а масса к катоду.

Работа с обратной полярностью, как правило, идет под флюсом, образующим защитную газовую среду, и с присадочной проволокой.

Виды аппаратов и виды включений

Самый простой и дешевый вид сварочного источника — это мощный понижающий трансформатор. Данный вид аппаратов отличается большим весом и габаритами, вызывает броски напряжения в питающей электросети. Они морально устарели и используются только в самых глухих углах и в некоторых узкоспециальных применениях.

Инвертор:

• обладает малым весом и габаритами;
• не влияет на питающую электросеть;
• обеспечивает стабильные параметры дуги;
• легок в освоении и использовании.

Инвертор выдает постоянный ток.

Сварочные инверторы

Следующей ступенью развития специального оборудования стал полуавтомат. Источник тока в нем инверторного типа. Полуавтомат ведет сварку сварочной проволокой, которая подается через горелку специальным механизмом. Вместо флюсовой обмазки также через горелку подаются защитные газы из баллона. Полуавтомат отличается высокой производительностью и стабильностью работы. Его дороговизна окупается при больших объемах работ.

Инвертор позволяет работать в разных режимах подключения- с прямой и обратной полярностью. Прямая полярность используется в большинстве случаев сварки большинства металлов и конструкционных сталей.

Для сварки металлов, отличающихся высокой химической активностью в нагретом состоянии, применяют обратную полярность. При этом сварку ведут с использованием порошковых флюсов и присадочной проволоки

Сварка на короткой дуге или методом опирания (что это значит на практике)

Фактически, работая в таком режиме, вы электродом касаетесь металла – обмазка скользит по изделию. Формулы, приведенные выше, представляют собой теоретическое обоснование. Они полезны для понимания сварочного процесса де-юре. Некоторые пускаются в вычисления, какую дугу нужно получить, этого делать не нужно. Сварка на короткой дуге – 1-2 мм – это расстояние от металлического стержня электрода до металла, но, в большинстве случаев, стержень горит быстрее, чем обмазка. Получается юбочка или козырек – это и есть вышеупомянутое расстояние. А если так, то и варить нужно, упираясь в металл. Отсюда и второе название метода.

Чем короче дуга, тем лучше для изделия и для вас.

Еще раз, что дает короткая дуга?

• Лучшее проплавление и защита шва;
• Меньшее тепловложение (потому что валик получается более узким и концентрированным).

Зачем нужна более более длинная дуга?

Когда вы удлиняете дугу, сварочный ток (амперы) уменьшаются и в шов меньше вкладывается тепла. Соответственно, если вы видите, что металл на гране прожога, дугу нужно увеличить.

Плюсы короткой дуги:

Сварочному аппарату в таком режиме варить гораздо легче, потому что вольтаж на дуге небольшой. Когда вы дугу удлиняете, ток падает, а вольтаж возрастает и в этом режиме аппарату сложнее работать (читайте подробно в статье «История про сварщика Джо и ВАХ инвертора»). Особенно это заметно, если у вас бюджетный инвертор, который собран с учетом того, что на всем сэкономлено. Злоупотребление длиной дуги в таком случае может закончиться просто-напросто его поломкой. Хорошему оборудованию, конечно, все равно как вы будете варить, но многие ли могут позволить себе такую роскошь?

При резке электродом этот опыт становится еще более актуальным!

Юбку перед сваркой нужно отломить. Токи на короткой дуге выставляют повыше. Особенно короткую дугу любят электроды с основным покрытием.

Понятно, что сварщик сам регулирует тепловложение в металл, но для этого ему нужен нормальный сварочный аппарат и качественные электроды.