Что такое сварка рдс

Рисунок 1. Схема сварки покрытым металлическим электродом

Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия (см. рисунок 1). Электродный стержень – сварочная проволока; электродное покрытие – многокомпонентная смесь металлов и их оксидов. По функциональным признакам компоненты электродного покрытия разделяют:

• Газообразующие:

• защитный газ;
• ионизирующий газ;

Шлакообразующие:

для физической изоляции расплавленного металла от активных газов атмосферного воздуха;

раскислители;

рафинирующие элементы;

легирующие элементы;

Связующие;

Пластификаторы.

Техника выполнения шва и режим сварки

Зажигание сварочной дуги

Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, типа сварного соединения, положения шва в пространстве и др.

Зажигание (возбуждение) производиться двумя способами. При первом способе электрод подводят перпендикулярно к месту начала сварки и после сравнительно легкого прикосновения к изделию отводят верх на расстояние 25 мм. Второй способ напоминает процесс, зажигая спички. При обрыве дуги повторное зажигание ее осуществляется впереди кратера на основном металле с возвратом к наплавленному металлу для вывода на поверхность загрязнений, скопившихся в кратере. После этого сварку ведут в нужном направлении.

Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.

Положение и перемещение электрода при сварке

Положение электрода зависит от положения шва в пространстве. Различают следующие положения швов: нижнее, вертикальное и горизонтальное на вертикальной плоскости, потолочное. Сварку вертикальных швов можно выполнять сверху вниз и снизу вверх.

При сварке в нижнем положении электрод имеет наклон от вертикали в сторону направления сварки. Перемещение электрода при сварке может осуществляться способами "к себе" и "от себя".

При отсутствии поперечных колебательных движений конца электрода ширина валика равна (0,8 — 1,5) d электрода. Такие швы (или валики) называют узкими, или ниточными. Их применяют при сварке тонкого металла и при наложении первого слоя в многослойном шве.

Получение средних швов (или валиков), ширина которых обычно не более (2 — 4) d электрода, возможно за счет колебательных движений конца электрода. Основные варианты колебательных движений конца электрода показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Основные виды траекторий поперечных колебаний конца электрода

Порядок выполнения швов

В зависимости от длины различают короткие (250 300 мм), средние (350 1000 мм) и длинные (более 1000 мм) швы.

В зависимости от размеров сечения швы выполняют однопроходными или однослойными, многопроходными или многослойными. Однопроходная сварка производительна и экономична, но металл шва недостаточно пластичен вследствие грубой столбчатой структуры металла шва и увеличенной зоны перегрева. В случае многослойной сварки каждый нижележащий валик проходит термическую обработку при наложении последующего валика, что позволяет получить измельченную структуру металла шва и соответственно повышенные механические свойства шва и сварочного соединения.

Расположение слоев при многослойной сварке бывает трех видов наложения; последовательное каждого слоя по всей длине шва, "каскадным" способом и способом "горки". Оба последних способа применяют при сварке металла значительной толщины (более 20 25 мм). При выполнении многослойных швов особое внимание следует уделять качественному выполнению первого слоя в корне шва. Провар корня шва определяет прочность всего многослойного шва.

Подбор силы тока и диаметра электрода

Силу сварочного тока выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения, толщину и химический состав свариваемого металла, а также температуру окружающей среды. При учете всех указанных факторов необходимо стремиться работать на максимально возможной силе тока.

Таблица 1 — Выбор диаметра электрода при сварке стыковых соединений

Толщина деталей	1,5-2,0	3,0	4,0-8,0	9,0-12,0	13,0-15,0	16,0-20,0	более 20
Диаметр электрода	1,6-2,0	3,0	4,0	4,0-5,0	5,0	5,0-6,0	6,0-10,0

Таблица 2 — Выбор диаметра электрода при угловых и тавровых соединений

Катет шва	3,0	4,0-5,0	6,0-9,0
Диаметр электрода	3,0	4,0	5,0

Силу сварочного тока определяют по формуле

где d_э — диаметр электрода (электродного стержня), мм;

j — допускаемая плотность тока, А/мм 2 .

Таблица 3 — Значения допускаемой плотности тока в электроде

Вид покрытия	Допускаемая плотность тока j в электроде, А/мм2, при диаметре электрода dэ, мм
	3	4	5	6
Рудно-кислое, рутиловое	14,0-20,0	11,5-16,0	10,0-13,5	9,5-12,5
Фтористо-кальциевое	13,0-18,5	10,0-14,5	9,0-12,5	8,5-12,0

При приближённых подсчётах величина сварочного тока может быть определена по одной из следующих формул:

где d_э — диаметр электрода (электродного стержня), мм;

k₁, k₂, α — коэффициенты, определённые опытным путём:

Ручная дуговая сварка производится сварочными электродами, подача которых в зону сварки по мере их расплавления и перемещение вдоль сварочного шва выполняются рукой сварщика (рис. 7). В процессе сварки металлическим электродом с покрытием дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями 10 стекает в сварочную ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие 6 электрода, образуя защитную газовую атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере перемещения дуги происходит затвердевание сварочной ванны и образование шва 3. На поверхности шва образуется твердая шлаковая корка 2.

Рис. 7. Схема ручной дуговой сварки

При плавлении на торце электрода возникает капля жидкого металла, которая под действием силы тяжести, электромагнитных сил и газового дутья, возникающего вследствие интенсивного газо-образования, с ускорением вводится в сварочную ванну. При сварке потолочных швов именно электро-магнитные силы и газовое дутье обеспечивают перенос металла электрода на свариваемый шов.

В состав металла шва входит основной металл и металл электрода. При ручной сварке доля электрод-ного металла в шве колеблется в широких пределах: от 30 до 80%.

Ручная дуговая сварка широко применяется при производстве металлоконструкций из стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов с толщиной свариваемых заготовок от 1 до 50 мм. Особенно эта сварка удобна и выгодна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях, в труднодоступных местах. Недостатками ручной сварки являются малая производительность, зависимость качества шва от квалификации сварщика.

Электроды для дуговой сварки

Одним из важнейших технологических свойств металлов является их свариваемость.

Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов при установленной технологии сварки образовывать соединения, свойства которых (физические, механические и др.) близки к свойствам основного металла.

На свариваемость влияют химический состав электрода и основного металла, режим сварки, температура окружающей среды, условия закрепления элементов конструкции при сварке и другие конструктивные, технологические, а также эксплуатационные условия.

Для ручной дуговой сварки стержень электрода изготовляют из сварочной проволоки, диаметром от 0,3 до 12 мм, их рубят на куски длиной 250–450 мм, затем на них наносят покрытие толщиной 0,1–2,5 мм, на сторону. Стандартом выпускают 77 марок сварочной проволоки, которые подразделяют на три группы: низкоуглеродистую (шесть марок) – с содержанием углерода до 0,13 %, для сварки низко и среднеуглеродистых сталей; легированную (30 марок) – для сварки низколегированных, теплоустойчивых сталей; высоколегированную (41 марок) – для сварки хромистых, хромоникелевых и других специальных легированных сталей.

Электроды классифицируются по: назначению, виду и толщине покрытия, механическим свойствам металла шва, допустимым пространственным положениям сварки, роду и полярности тока.

По назначению электроды подразделяются на следующие группы с присвоением соответствующего буквенного обозначения; для сварки: углеродистых и низколегированных конструкционных сталей (с σ_в 600 МПа – Л; легированных теплоустойчивых сталей – Т; высоколегированных сталей с особыми свойствами – В, для наплавки – Н.

Покрытие электрода предназначено для газошлаковой защиты расплавленного металла от воздействия атмосферы (кислорода, азота, водорода), для повышения устойчивости горения дуги, легирования и рафинирования металла шва, а также для образования на поверхности шва шлаковой корки способствующей медленному его остыванию. Состав покрытия определяется маркой электрода. В состав покрытия входят следующие компоненты:

– Стабилизующие (соединения калия, кальция, бария; SiNa и SiK, мел, мрамор, углекислый барий), которые увеличивают степень ионизации дугового промежутка и повышает устойчивость горения дуги;

– Газообразующие (крахмал, декстрин, мрамор, магнезит), образующие при нагреве защитную газовую атмосферу вокруг дуги и сварочной ванны;

– Шлакообразующие (полевой шпат, магнезит, марганцевая руда), которые образуют на поверхности сварочной ванны жидкий шлак защищающий расплавленный металл от воздействия воздуха, а также раскисляет и легирует металла шва.

– Раскисляющие (FeMn, FeSi и Al и др.) – для восстановления окислов, находящихся в сварочной ванне.

– Легирующие (FeC2 , FeTi, FeMo и др.) – для получения требуемого химического состава и механических свойств металла шва.

– Связующие (жидкое натриевое стекло Na₂O∙nSiO₂ и др.), которые связывают порошкообразные компоненты покрытия и соединяют его с металлическим стержнем.

По толщине покрытия электроды изготавливаются с тонким (где D/d ≤ 1.2) – присвоен индекс М; средним (1,2 1.8) – Г покрытием, где D и d –диаметры электрода и стержня соответственно.

По видам покрытия электроды подразделяются: с кислым (на основе SiO₂, Fe₂O₃, MnO) – А; основным (на основе СаСО₃, MgCO₃, CaF₂) – Б; рутиловым (на основе TiO₂) – Р; целлюлозным (на основе целлюлоза и другие органические вещества) – И, покрытием, а так же с покрытием смешанного вида – С двойным обозначением и с прочими видами покрытий – П.

Основателями способа электродуговой сварки можно назвать двух великих русских изобретателей Н.Н Бенардоса и Н.Г. Славянова. Первым в мире выдвинул идею создания устройства для сварки металлическим электродом Н.Н Бенардос, он же с 1882 года на практике использовал для сварки батарею свинцово-кислотного аккумулятора. Первым же источник сварочного назначения в 1888 году создал Н.Г. Славянов, он применил генератор постоянного тока и для улучшения условий горения сварочной дуги включил в цепь балластный реостат.

С тех пор электродуговая сварка бурно развивалась, и на сегодняшний день нет отрасли промышленного производства, где бы не применялась технология электросварки. Источники питания для ручной дуговой сварки также прошли значительную эволюцию, начиная, от примитивного сварочного генератора 19 века, сварочного трансформатора 20-х годов и сварочного выпрямителя 50-х годов прошлого века, до современного сварочного инверторного аппарата.

С применением инверторных технологий при изготовлении сварочной техники ручная дуговая сварка переживает второе рождение. Инверторный сварочный источник имеет ряд преимуществ перед сварочными трансформаторами и выпрямителями:
— высокая маневренность из-за малого веса и компактности инвертора;
— экономия электроэнергии за счет высокого КПД источника питания;
— лучшие сварочные характеристики дуги.

Благодаря этим преимуществам продажа сварочных инверторов на сегодняшний день составляет около 50% от общего объема продаж сварочной техники в мире и этот процент с каждым годом увеличивается.

Ручная дуговая сварка металлическим покрытым (плавящимся) электродом, отличаясь высокой универсальностью и значительной мобильностью, обусловившими преимущественное использование ее в строительстве, имеет ряд технологических особенностей.

Ручная дуговая сварка металлическим покрытым (плавящимся) электродом, отличаясь высокой универсальностью и значительной мобильностью, обусловившими преимущественное использование ее в строительстве, имеет ряд технологических особенностей.

Способ позволяет без замены сварочного инструмента и оборудования (при надлежащем сварочном режиме) выполнять швы различных типов, сечения и назначения, а также вести сварку в любом пространственном положении и в труднодоступных местах.

Широкое применение имеет сварка электрической дугой прямого действия. При этом сварщик поддерживает устойчивый процесс сварки непрерывной подачей конца электрода в зону горения дуги, не допуская значительных отклонений длины дуги. Наилучшие результаты достигаются при сварке короткой дугой. В этом случае электрод плавится спокойно с небольшим разбрызгиванием, и обеспечивается хорошее проплавление основного металла. Нормальная длина дуги обычно не превышает 0,5—1,1 диаметра электрода. При длинной дуге повышается окисление электродного металла, увеличивается разбрызгивание, снижается глубина провара, шов получается со значительными включениями окислов.

При сварке соединений деталей и узлов металлических строительных конструкций и изделий преимущественно используют металлические покрытые электроды диаметром 3—6 мм. Основной объем работ выполняют при токе 90—350 А и напряжении дуги 18—30 В.

Производительность ручной дуговой сварки существенно уступает производительности механизированных и автоматических способов дуговой сварки, особенно при наложении длинных (более 1 м) швов большого сечения в нижнем положении.

Качество швов и сварных соединений, выполненных ручной дуговой сваркой, в значительной степени зависит от условий работ и производственных навыков сварщиков.

В промышленном строительстве ручная дуговая сварка применяется: при изготовлении и монтаже строительных и технологических металлических конструкций; при изготовлении закладных частей и деталей и выполнении монтажных соединений элементов арматуры железобетонных конструкций; при сварке стыковых соединений труб и присоединений деталей и узлов технологических, теплотехнических и магистральных трубопроводов; а также при производстве электромонтажных и санитарно-технических работ.

На процесс дуговой сварки существенное влияние оказывают протяженность и состояние электрической сварочной цепи, а также организация рабочего места сварщика.

На заводах и в мастерских рабочее место сварщика преимущественно стационарное. Для размещения свариваемого изделия небольшого габарита в удобное для сварки положение используется рабочий стол, к которому присоединен один из проводов электрической сварочной цепи. Вместо рабочего стола часто пользуются сборочно-сварочными приспособлениями (кондукторы, кантователи и др.), в которых размещают свариваемые детали или конструкции.

На строительно-монтажных площадках рабочее место сварщика нестационарно и меняется по мере перехода от сварки одной конструкции к другой.

Протяженность сварочных проводов при этом может достигать 50 м и более. Падение напряжения в такой цепи, превышающее допустимые пределы (4—5%), будет оказывать отрицательное влияние на технологические свойства сварочной дуги. В таких случаях увеличивают сечение проводов сварочной цепи или устанавливают источники тока на более близком расстоянии от места работы сварщика. Для этих целей наиболее рационально использовать применяемые для строительно-монтажных условий специальные малогабаритные передвижные помещения контейнерного типа — машинные залы, в которых размещают сварочное оборудование. Обычно в машзалах устанавливают один источник постоянного тока и один — переменного или один многопостовой (на 3—6 постов) сварочный выпрямитель.

Особенности сварочной дуги постоянного и переменного тока

С помощью источников постоянного тока можно вести сварку при прямой или обратной полярности. Дуга прямой полярности (электрод — «минус», объект сварки — «плюс») обеспечивает более глубокое проплавленне основного металла; при дуге обратной полярности повышается скорость плавления электрода.

В табл. IX.1 приведены данные о некоторых технологических особенностях сварочной дуги постоянного и переменного тока.

IX.1. Технологические особенности сварочной дуги постоянного и переменного тока

Возникающее при постоянном токе «магнитное дутье» (при токе более 200 A) может вызвать сильное отклонение и блуждание сварочной дуги, вследствие чего увеличивается разбрызгивание, ухудшается качество шва и снижается производительность.

Большинство современных электродов общего назначения пригодно для сварки на любой полярности тока, вместе с тем имеется ряд марок электродов, предназначенных для сварки на какой-либо одной полярности.

Электроды, используемые при сварке на переменном токе, обеспечивают вполне устойчивое горение дуги.

Подготовка металла под сварку

К основным операциям подготовки металла под сварку относятся: правка и очистка проката; механическая или термическая резка при заготовке деталей и полуфабрикатов; обработка кромок, подлежащих сварке.

Обработка кромок стыковых соединений заключается в отбортовке их при толщине металла до 4 мм или разделке кромок для создания скоса и притупления при большей толщине металла.

При дуговой сварке повышенные требования предъявляются к чистоте кромок и поверхности прилежащих к ним зон свариваемых деталей.

В целях избежания образования в швах пор, шлаковых и других включений торцевые поверхности кромок и прилегающие к ним зоны металла шириной 25—30 мм подлежат очистке от ржавчины, краски, масляных и других загрязнений. Очистку выполняют металлическими щетками, абразивными материалами или инструментом, а также газопламенной обработкой.

При сборке конструкций, помимо применения инвентарных и других сборочных приспособлений, кондукторов и кантователей, для фиксации взаимного расположения элементов конструкций и детален часто используют прихватки (короткие швы), осуществляемые ручной дуговой сваркой.

Длина швов-прихваток обычно 50—100 мм.

Размеры сечений прихваток не должны превышать 1/3 основных швов (при толщине свариваемого металла более 5 мм). Поверхность прихваток следует зачищать от шлака и загрязнений. При выявлении дефектов их удаляют абразивным инструментом и швы выполняют вновь.

В зависимости от формы и взаимного расположения свариваемых кромок, размеров поперечного сечения шва и положения его в пространстве при ручной дуговой сварке осуществляют простые или сложные траектории движения рабочим (с горящей дугой) концом электрода, которые позволяют: управлять тепловым потоком, охлаждая металл при отводе дуги и увеличивая тепловое воздействие при прекращении движения электрода; выполнять однопроходные швы различной формы и размеров сечения; уменьшать возможность натека или прожога металла; предотвращать стекание металла при наклонном или отвесном положении сварочной ванны.

При перемещении конца электрода вдоль линии соединения без колебательных поперечных движений ширина валика шва не превышает 0,8—1,5 диаметра электрода. Поперечные движения конца электрода обеспечивают получение валика увеличенной ширины.

Сварка стыковых швов

Стыковые соединения без скоса кромок сваривают уширенным швом с одной или двух сторон стыка.

Стыковые соединения с разделкой кромок выполняют однослойными (однопроходными) или многослойными (многопроходными), в зависимости от толщины металла и формы подготовки кромок (рис. IX.2).

IX.2. Сварка стыковых швов
а—г — формы поперечных сечений швов; 1—7 — порядок выполнения слоев шва; 0 — подварочный шов

Рекомендации по числу слоев стыковых многослойных швов приведены в табл. IX.6.

IX.6. Число слоев при сварке стыковых и угловых швов

Сварку многослойных швов начинают, тщательно проваривая корень шва электродом диаметром не более 4 мм, а последующие швы наплавляют уширенными валиками, используя электроды большего диаметра.

В ответственных конструкциях корень шва удаляют вырубкой зубилом или газовым резаком для поверхностной резки, а затем накладывают подварочный шов.

Сварка угловых швов

Наилучшие результаты при сварке угловых швов обеспечиваются при установке плоскостей соединяемых элементов в положение «в лодочку» (рис. IХ.3,а), т.е. под углом 45° к горизонтали. При этом достигается хорошее проплавление угла и стенок элементов без опасности подреза или непровара, а также создается возможность наплавлять за один проход швы большого сечения. Однако не всегда можно установить соединяемые элементы в положение «в лодочку». В ряде случаев соединяемые элементы занимают иное (см. рис. IX.3,б—г) положение в пространстве. Сварка таких угловых швов сопровождается дополнительными сложностями, так как возможны непровары вершины угла соединения или горизонтальной стенки, а так же подрезы стенки вертикального элемента. В этих случаях катеты однослойного углового шва не должны превышать 8 мм. Швы с катетами свыше 8 мм выполняют в два слоя и более (см. табл. IX.6).

IX.3. Сварка угловых швов
а—г — формы поперечных сечений швов н положение деталей при сварке; 1—4 — порядок выполнения слоев шва

Угловые швы таврового соединения с двумя симметричными скосами одной кромки (см. рис. IX.3, г) сваривают в один слой или в несколько слоев в зависимости от толщины свариваемого металла.

Технология сварки угловых швов в вертикальном и потолочном положениях существенно не отличается от сварки стыковых швов со скосом кромок. Для обеспечения необходимого провара вершины угла первый слой выполняют электродами диаметром 3—4 мм.

При сварке угловых швов нахлесточных соединений нельзя допускать излишнего проплавления (подреза) кромки верхнего элемента и наплыва металла (при недостаточном сплавлении) на плоскость нижнего элемента.

Сварка тонколистового металла

При дуговой сварке на весу стыковых соединений из металла толщиной 0,5—3 мм возможно сквозное проплавление дугой кромок с образованием отверстий, трудно поддающихся последующему исправлению. Вместе с тем из-за ограниченной возможности регулирования тепла дуги прямого действия помимо прожогов в таких швах обнаруживаются непровары, шлаковые включения и другие дефекты.

Для обеспечения необходимого качества сварки тонколистовой стали применяют отбортовку кромок, временные теплоотводящие подкладки, остающиеся стальные подкладки или расплавляемые элементы, электроды со специальным покрытием, специальное сварочное оборудование.

Сварку с отбортовкой кромок выполняют главным образом на постоянном токе металлическим или угольным электродом. Хорошие результаты достигаются при установке кромок в наклонное положение (45—65°) и при сварке на спуск.

Для подбора диаметра металлического электрода и тока при сварке стыковых соединений из тонколистовой стали можно пользоваться данными табл. IX.7. При сварке нахлесточных соединений ток увеличивают на 10—15, при сварке тавровых соединений — на 15—20%.

IX.7. Режимы ручной дуговой сварки стыковых соединений из тонколистовой стали

Угольный электрод применяют диаметром 6—10 мм, сварочный ток должен быть 120—140 А, полярность прямая.

В качестве временных теплоотводящих подкладок используют массивные медные и бронзовые плиты (бруски). Сборку осуществляют без зазора, обеспечивая плотное прилегание свариваемых листов к подкладке.

Для стыковых соединений применяют стальную остающуюся подкладку, если это допускается проектом. Сварку ведут с проплавлением элементов из тонколистовой стали и приваркой их к стальной подкладке. Применяют также присадочный пруток или стальную полосу, укладываемые вдоль свариваемых кромок, которые расплавляют дугой вместе с кромками основного металла.

Для сварки на малых токах используют электроды со специальным покрытием (марок ОМА-2 и др.) и постоянный ток обратной полярности. При этом применяют источники питания дуги с повышенным напряжением холостого хода, допускающие регулирование малых токов (например, преобразователь ПСО-120, выпрямители ВКСГ-30, ВД-101 и др.).