РУЧНЕ ЕЛЕКТРОДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ МЕТАЛІВ

Зварюванням називається процес одержання нероз'ємних з'єднань металевих виробів шляхом їх місцевого нагрівання до рідинного або пластичного стану.

Під час зварювання атоми з'єднуваних металів зближуються до відстаней, близьких до міжатомних. Розрівняють зварювання плавленням і тиском. За видом застосовуваної енергії зварювання буває: електричне, хімічне і механічне.

За дугового зварювання краї зварюваних виробів і метал електрода плавляться теплотою електричної дуги, яка горить між зварюваним металом і електродом. Зварювальна дуга являє собою сильний електричний розряд в іонізованому газовому середовищі і парах металу. Горіння зварювальної дуги супроводжується виділенням значної кількості теплоти і світла. Температура дуги досягав 6000...7000°С і є достатньою для плавлення металів і сплавів, які використовуються в будівництві і машинобудуванні.

Зварювання виконують дугою постійного або змінного струму промислової частоти. Для забезпечення легкого займання і постійного горіння дуги до джерел живлення висувається ряд вимог. Так, для ручного зварювання потрібне джерело живлення з крутоспадною зовнішньою характеристикою, яка є залежністю між напругою на клемах джерела і силою струму в колі. При цьому напруга холостого струму повинна бути достатньою для легкого збудження дуги, але не перевищувати норми техніки безпеки, струм короткого замикання /при напрузі, близькій до нуля/ теж не повинен перевищувати встановлених значень. Джерело живлення повинно мати пристрій і обладнання для плавного регулювання сили струму.

При дуговому зварюванні використовують такі джерела живлення: зварювальні трансформатори /ГОСТ 95-770Е/; генератори постійного струму з приводом від електродвигуна /ГОСТ 723-77Е/ або від двигуна внутрішнього згоряння /ГОСТ 304-77Е/; зварювальні випрямлячі напівпровідникового типу /ГОСТ 1982-7'7Е/.

У процесі ручного дугового зварювання всі операції з керування електричною дугою, подачі присаджувального матеріалу виконуються вручну.

Незважаючи на широке використання в техніці автоматичних методів зварювання, на долю ручного зварювання припадає значний обсяг зварювальних робіт. Це пояснюється високим маневруванням ручного дугового зварювання, яке дозволяє виконувати зварювальні шви різних просторових положень, дає можливість зварювати різні матеріали при значних товщинах, а також використовувати порівняно просте обладнання.

Якість зварювання залежить від правильного вибору режиму зварювання, до якого відносяться: сила зварювального струму, діаметр електрода, швидкість зварювання і тип з'єднання.

Основними параметрами зварювання є d_ел, I_зв, U_д, L_д . Діаметр електрода можна визначити в першому наближені за формулою,мм :

d _ел = S/2+1, (10.1)

де S - товщина зварюваного металу,мм.

Сила зварювального струму може бути визначена для електродів діаметром З...6 мм за емпіричною формулою. А:

(10.2)

Напруга зварювальної дуги визначається на основі сили зварювального струму до 600 А за формулою. В:

(10.3)

На основі численних досліджень оптимальна довжина зварювальної дуги може бути визначена з величини діаметра електродами,мм:

(10.4)

Довжина дуги має великий вплив на якість зварювального шва і його форму. Довгій дузі відповідає інтенсивне окислення і азотування розплавленого металу, підвищене його розбризкування. Для одержання якісного зварювання необхідно підтримувати більш коротку дугу.

Рисунок 10.1 - Схеми стикових з'єднань: а – відбортування без зазору;

б – чашоподібна обробка крайків з одного боку; в – без підготовки крайків; г – Х -подібна обробка крайків; д – без підготовки крайків з двох боків;

е – чашоподібна обробка крайків із двох боків;

ж – U -подібна обробка крайків.

Найбільш поширені типи зварювальних з'єднань – стикові, напускні, таврові та кутові.

За розміщенням у просторі зварювальні шви поділяються на нижні, вертикальні, горизонтальні та стельові. Для виготовлення зварювальних конструкцій застосовують типи з'єднань згідно а ГОСТ 2601-74 /рис. 10.1 - 10.4/, типи швів по відношенню до напрямку діючихна нихсил /рис.10.5/ іза різного положення в просторі /рис.10.6/.

Рисунок 10.2 - Схеми напускних з'єднань	Рисунок 10.3 - Схеми таврових з'єднань

Стикові з'єднання розрізняють за вилом попередньої підготовки крайків /див. рис .5.1/. Залежно від товщини зварюваного металу стандартом регламентується різна підготовка крайків. За товщину металу до 3 ммзастосовують відбортовку без зазору /а/, листи товщиною 3...8мм зварюють без підготовки крайків при зазорі до 2 мм /в, д/, листи товщиною до 15 мм зварюють з односторонньою U -подібною обробкою крайків /б/,а за товщини листа 15 мм рекомендується з двох боків Х -подібна обробка крайків /г/. Листи товщиною понад 20мм зварюють з чашоподібною /тюльпаноподібною/ обробкою крайків з одного /б/ або з двох /е/ боків.

Напускні з'єднання розрізняютьза виглядом перекриття крайків зварюваних листів /див. рис .10.2/. Розмір накладки дорівнює 3-5 - кратній товщині зварюваних елементів. Різновидами цих з'єднань є прорізні і електрозаклепки.

Таврові з'єднання виконуються приваркою одного елемента виробу до іншого. Без скосу крайків зварюють конструкції з малим навантаженням. У процесі виготовлення відповідних конструкцій з елементами товщиною 10...20мм застосовують скіс з одного боку, а за товщини елементів понад 20 мм – скіс з обох боків.

Кутові з'єднання /рис .10.4/за будь-якої товщини можна одержати без обробітку крайків. Зварювання з обробленими крайками для кутових з'єднань застосовується рідко.

Рисунок 10.4. – Схема кутового з'єднання

Рисунок 10.5. – Схема розміщення з'єднань у просторі

Шви виконуються неперервними і перервними залежно від діючого навантаження. Найбільш зручними для зварювання є нижні шви, у якихрозплавлений метал не витікає із кратера. Значно важче виконувати зварювання вертикальних і горизонтальних швів.

Такі шви виконуються дуже короткою дугою і електродами діаметром 15мм. Найважчими для виконання є стельові шви, у яких кратер розташований вверх дном. Ці шви зварюють найкоротшою дутою і електродами діаметром до 4 мм.

Під час зварювання напускних з'єднань силу струму збільшують порівняно зі стиковими з'єднаннями. За малої робочої довжини електрода із збільшенням швидкості зварювання силу струму збільшують. Щоб зварювання було якісним, необхідно добиватися повного сплавлення основного металу з металом електрода. Це досягається достатнім розплавленням поверхні основного металу і одержанням кратера належної глибини.

Під час зварювання вертикальних і горизонтальних швів сила струму зменшується на 10...І5% порівняно із силою струму для нижніх швів, а для стельових – на 15...20%.

У випадку недостатньої глибини проплавлення h_p (рис.10.6) метал електрода не весь сплавляється з основним металом, частина його лягає на нерозплавлену поверхню, що значно знижує міцність з'єднання. Для якісного зварювання основний метал повинен проплавитись на глибину І.5...2 мм.

Рисунок 10.6. – Схеми стикового /а/ і кутового /б/ швів.

е – ширина валика; е₁ - ширина валика проплавлення; q – висота валика; к – катет шва; S – товщина пластин; b – ширина зазору; h_p – глибина проплавлення

Запалювання дуги здійснюється коротким замиканням струму в зварювальному колі. Для цього кінцем електрода торкаються металу в місці зварювання. Коли електрод буде знаходитись поблизу зварюваного металу, зварник закривається витком і, опустивши електрод до дотику з металом, швидко відводить його на 2...4 мм. У цей момент виникає електрична дуга, постійна довжина якої підтримується під час зварювання поступовим опусканням електрода до основного металу. Стійке горіння дуги досягається за її довжини 0,6...0,8 діаметра електрода.

Дугу збуджують одним із способів: електрод майже вертикально підводять до місця зварювання і після легкого дотику з металом зразу ж відводять на 2...4мм уверх, або плавним дотиком кінця електрода до зварюваної поверхні за способом запалювання сірників.

За нормальних умов зварювання зварник запалює дугу тільки міняючи електроди. Це означає, що весь електрод повинен бути розплавлений без переривання дуги. У разі відсутності досвіду дугу треба заново збуджувати в місці обриву. При цьому для забезпечення неперервного валика шва дугу слід запалювати перед місцем обриву, а захололий метал кратера в місці обриву дуги - розплавляти заново. Для одержання якісного зварювання необхідно підтримувати коротшу дугу. Зварникові важко визначити безпосередньо довжину дуги, тому доводиться користуватися зовнішніми ознаками. Якщо дуга довга, плавлення електрода супроводжується сильним розбризкуванням металу. Шов при цьому нерівний, з великою кількістю включень, окислювань, якість шва погана.

Довга дуга під час горіння створює різкий і сильний звук, який часто переривається і супроводжується тріском. Коротка дуга спричинює утворення навколо шва невеликої кількості малих краплин металу, електрод плавиться спокійно, видаючи рівномірний звук постійного тону. Метал проплавляється на більшу глибину, якість шва збільшується.

Для одержання якісного зварювання необхідно ретельно очистити зварювані поверхні, правильно підібрати силу зварювального струму, підтримувати коротку дугу, без обриву до розплавлення всього електрода, витримувати кут нахилу електрода до виробу /75⁰/, підтримувати правильну і рівномірну швидкість подачі електрода.

Якість ручного дугового зварювання значною мірою залежить від якості застосовуваних електродів і навичок зварника. Під час зварювання зварник надає кінцю електрода рух у трьох напрямках. Усі траєкторії руху електрода і положення його при зварюванні показано на рис .10.8. Металеві електроди для дугового зварювання виготовляють згідно з ГОСТ 9466-75 діаметром 1,6... 12 мм і довжиною І50...450 мм. На електроди наносять тонкі /0,1...0,3 мм/ і товсті /якісні/покриття товщиною 0,5...З мм. Функції покриттів на електродах такі: забезпечення стійкого горіння дуги, захист розплавленого металу від дії повітря, розкислення оксидів і виведення не розкислених оксидів у шлак, виведення сірки і фосфору, утворення шлакової кірки з уповільненням охолодження металу і сприянням виходу із нього газу і неметалевих включень.

Рисунок 10.7. Схема траєкторії руху електрода і його положення

під час зварювання

Покриття повинно бути водонепроникним, міцно триматись на стержні, не відділятись під дією вологого повітря.

Для виконання перелічених функцій товсті покриття можуть містити такі речовини: іонізуючі /крейда, потай, вуглекислий барій, калієва селітра, титановий концентрат та ін./; газоутворюючі /крохмаль, целюлоза, крейда, вапняк/; розкислювачи /феросплави, графіт, алюміній/; шлакоутворюючі /польовий шпат, кварц, мармур, граніт/, легуючі /феромарганець, феросиліцій, ферохром/; зв’язуючі /рідке скло/.

Міцність електродних покриттів випробовують у такий спосіб. Кидають електрод на сталеву плиту з висоти 1 м /електроди діаметромне більше 3 мм/ або з висоти 0,5м /діаметром понад 3 мм/ і вважають його придатним, якщо покриття при цьомуне зруйнувалось. Вологостійкість покриття перевіряють зануренням електрода у воду на 24 годин за температури І5...25 °С.