Механизированная ручная дуговая сварка
Существует большое количество технологических процедур и мероприятий. Каждая из них имеет множество тонкостей и нюансов. Поэтому важно уточнить особенности и разобраться с технологией, к примеру, механизированной сварки — тогда многое станет понятно.
Что это такое?
Этот процесс является подвидом дуговой сварки. Плавкий электрод и дуга двигаются с использованием разнообразных механизмов либо специализированного оборудования. Механизированная сварка может включать любые виды сварочных работ, в том числе тавровые, угловые или ведущиеся с нахлёстом.
Все манипуляции проводятся по строго проработанной заранее программе. Степень автоматизации может сильно отличаться.
Обзор видов
Рассказ про способы механизированной сварки может быть достаточно долог. Широко применяется в этих целях соединение при помощи углекислого газа (в чистом виде либо в связке с кислородом). Таким методом варят чёрный металл и сталь среднего уровня легирования. Расход углекислоты определяется мощностью дуги и движением воздушных потоков. В атмосфере инертных газов сваривают алюминий, титан, магний, сплавы на их основе.
Но эти газы могут быть применены и для других работ, потому как они позволяют сваривать какие угодно металлы и их сплавы. Подавляющее большинство металлов, используемых в промышленности, можно сварить при помощи флюса. Это порошковый материал, плавлением которого в ряде случаев удобнее воспользоваться, чем традиционными электродами. При изготовлении флюса применяют главным образом силикат марганца.
В ряде ситуаций сварка низкоуглеродных, низколегированных сталей ведётся с помощью порошковой проволоки. Её сущность в том, что внутрь металлической оболочки закладывают шихту. Наиболее часто применяется проволока с трубчатым исполнением. Металлы выбирают сообразно виду свариваемых веществ. Применяются ещё и добавки, которые:
- защищают расплав от засорения кислородом и азотом;
- повышают плавность горения дуги;
- улучшают характеристики создаваемых швов.
Электрическая сварка может производиться контактным и дуговым методами. В первом случае электроды плотно сближены со свариваемым объектом. Между ними подаётся импульсный разряд особо мощного тока. Напряжение при этом не превышает нескольких вольт. Стоит понимать, что контактная сварка — не синоним точечной, существует ещё ряд её более частных вариантов. Такое решение наиболее практично для соединения тонких конструкций.
Строители предпочитают, однако, пользоваться электродуговой сваркой. В пространстве, разделяющем электрод и металл (сплав), находится электрическая дуга. Она существует не в воздухе, а в среде ионизированного газа. Источником газа может быть как баллон, так и процесс горения электродной обмазки.
В промышленности широко используется аргоно-дуговая сварка TIG и полуавтоматическая с использованием проволоки — MIG-MAG.
Требования
Специального ГОСТ, описывающего именно процесс механизированной сварки, нет. Есть ряд частных нормативов, отражающих ключевые её виды. Так, свои особенные требования введены для:
- терминов и ключевых понятий (2601-84);
- классификации видов сварочных работ (3.1705-81);
- сварки плавлением (11969-79);
- дуговой сварки в газовой среде (14771-76);
- сварки под флюсом (8713-79).
Хороший сварщик обязан безупречно владеть всеми этими ключевыми нормами. Полезно ознакомиться также с ГОСТ:
В каждом конкретном случае должен составляться проект производства сварочных работ; как вариант — в проект производства работ добавляют раздел, посвящённый сварке. В технологической документации прописывают, какой объём работ будет выполнен, какие типы сварных соединений будут создаваться. Сварщик обязан строго следовать технологическим картам сварных соединений. Перед началом работ производится сварка допускных образцов, строго соответствующих будущим основным изделиям. Линейные размеры и другие практические параметры обработанных деталей и блоков должны обеспечивать их применимость, гарантировать достаточную функциональность.
В местах, где ведутся механизированные сварочные работы, не должно быть горючих, легко воспламеняющихся и взрывоопасных веществ в радиусе 10 м. Все коммуникации, используемые в работе, полагается защищать от механических дефектов и высоких температур. Обязательно проводится, наряду с входным и операционным контролем, оценка соответствия выполняемых работ и создаваемых конструкций установленным нормам.
Величины изготавливаемых швов каждый раз задаются особо. Отклонение от изначально заданных параметров самовольно не допускается.
В процессе используется иногда автомат подачи проволоки. Подкачка инертных газов обычно производится через полые мундштуки заданного сечения. Нормируются:
Сравнение двух сварочных решений: ручная дуговая или полуавтомат? Какая сварка лучше подойдет для определенных задач
Что собой представляют ручная дуговая и полуавтоматическая сварка, и каковы их основные отличия друг от друга?
При ручной дуговой сварке используются как плавящиеся, так неплавящиеся электроды. Во время работы сварщик плавит металл электрической дугой. Этот процесс обеспечивает смешивание расплавленного материала, из которого состоит заготовка, и электродного. Качество полученного шва определяет химический состав соединения и показатель свариваемости. Также важно учитывать диаметр, химический состав и вид используемого электрода. Ручная сварка предполагает еще и выбор оптимального режима, который зависит от длины сварочной дуги и плотности тока и его силы.
Способ ручной сварки определяется толщиной металла и предполагаемой длиной шва. Толстые металлические листы сваривают за несколько подходов, а тонкие заготовки можно соединить внахлест. Разделяют ручную верхнюю и нижнюю сварки.
Главное отличие полуавтоматической сварки от ручной – использование не электродов, а порошковой проволоки, подаваемой во время процесса сваривания автоматически при помощи катушки. Сам процесс сваривания осуществляется работником вручную. Это позволяет получить все преимущества ручного способа и увеличить при этом эффективность труда.
Во время работы полуавтоматом нет нужды делать перерывы для замены электрода. Полуавтоматическая сварка может происходить в среде защитных газов. Также можно использовать самозащитную проволоку.
Какая сварка лучше
Утверждать, что полуавтомат лучше, чем электродуговая сварка или наоборот, неправильно. Каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки, которые нужно учитывать, прежде чем выбирать определенный вид сварки.
Плюсы и минусы ручной дуговой сварки
- Простота эксплуатации и обслуживания оборудования. Освоить азы дуговой сварки под силу практически каждому человеку.
- Такая сварка может осуществляться в разном положении: как снизу и сверху, так и под углом и сбоку.
- Благодаря возможности использования согнутого электрода, шов может быть проложен на труднодоступных участках изделия.
- Метод ручной сварки позволяет работать с большим количеством металлов.
- Электромагнитное излучение, которое исходит во время работы, наносит вред здоровью работника.
- Качество швов зависит, в первую очередь, от умений сварщика.
- По сравнению с другими вариантами у дуговой сварки нет такого же коэффициента полезного действия и производительности.
Плюсы и минусы полуавтоматической сварки
- Можно работать даже с теми металлическими изделиями, которые незначительно подверглись коррозии.
- Процесс соединения не требует значительных затрат на расходные материалы.
- Спектр применения полуавтоматов достаточно высок, их можно использовать для сварки тонких стальных листов толщиной до 0,5 мм.
- Можно использовать проволоку из медного сплава.
- В процессе работы жидкий металл надежно защищен от воздействия воздуха.
- На швах не появляется окись и шлак.
- Соединение создается быстрее, чем при ручной сварке.
- Если нет защитной газовой струи, металл из сварочной ванны может сильно разбрызгиваться.
- Сварка полуавтоматом создает более яркую электрическую дугу, поэтому к вопросу о защите глаз нужно подойти серьезно.
Сферы и особенности применения
Ручной электродуговой способ преимущественно находит применение для следующих видов деятельности:
- Соединение деталей и арматурных сеток.
- Строительство прочных арматурных каркасов и сеток.
- Соединение стержней и монтаж железобетонных конструкций.
- Подготовка арматуры, если нет специальной стыковочной аппаратуры.
Сварка полуавтоматом применяется:
- В машиностроении, авиационной, нефтеперерабатывающей промышленностях.
- Для соединения цветных металлов.
- При работе с металлами, обладающими высокой температурой плавления.
- При производстве труб как с прямыми, так и спиральными швами.
- Для соединения высоколегированных сплавов по типу нержавеющих сталей.
Чаще всего полуавтомат применяют при необходимости сварки черной стали и алюминия. В качестве защитной струи используется углекислый газ, так как он достаточно дешевый. Также можно применять гелий и аргон.
Ручная электродуговая сварка: принцип действия, базовые основы технологии выполнения, техника безопасности
Сварка – создание неразъёмного соединения путём установления межатомных связей между соединяемыми предметами при нагревании. Проще – когда атомы свариваемых кромок, расплавляясь и перемешиваясь в месте соединения, образуют сварной шов. Сваривают металлы и неметаллические материалы: стекло, пластмассу и другие.
Процесс дуговой сварки – плавление материала в месте соединения деталей. На электрод подаётся электрический ток, между ним и свариваемым металлом при контакте возникает электрическая дуга, в зоне которой материал оплавляется, образуя сварочную ванну.
Виды электродуговой сварки
По уровню автоматизации электродуговая сварка подразделяется на четыре вида:
- ручная;
- механизированная – применяются средства автоматизации, но участие сварщика обязательно;
- полуавтоматическая – процесс автоматизирован, но детали двигает рабочий;
- автоматическая – работа автоматизирована, оператор контролирует ход процесса.
Классификация и способы
Электродуговая сварка классифицируется по методу защиты сварочной ванны:
- не защищена – процесс происходит при свободном доступе воздуха;
- в вакууме – воздух откачивается;
- шов делается в защитном газе – инертном или активном;
- процесс под флюсом – жидкий металл защищается от воздуха расплавленным шлаком, образующимся при плавлении флюса;
- комбинированные способы защиты.
По виду тока подразделяется на сварку:
- переменным – от трансформатора;
- постоянным – от сети с помощью выпрямителя или генератора;
- импульсно-дуговым – электричество подаётся импульсами, это позволяет контролировать дугу при условии регулирования тока.
Разновидности
Типы процессов различают по типу дуги:
- прямого действия – возникает между электродом и свариваемой деталью;
- косвенного действия – дуга горит между анодом и катодом, а металл не входит в электрическую цепь;
- дуга горит между плавящимися электродами и соединяемыми кромками, электропитание переменным трёхфазным током;
- сжатая дуга – радиус горения ограничивают подающиеся к месту сваривания струи газа.
Электроды бывают плавящимися (стальными, чугунными, алюминиевыми, медными) и неплавящимися. Первые выполняют и функцию присадочного материала. Для ручной дуговой – электроды в виде стержней круглого сечения различного диаметра. Состав материала обмазки выбирается в зависимости от металла свариваемых частей и особенностей техпроцесса.
Ручная дуговая сварка
Параметры ручной электродуговой сварки указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ 5264-80, действующим взамен принятого в СССР в 1981 году ГОСТ 5264-69. В нём учтены:
- тип соединения;
- форма подготовленных кромок;
- характер сварного шва;
- поперечное сечение шва и кромок;
- толщина свариваемых деталей.
ГОСТ регламентирует предельные отклонения в сочетаниях вышеперечисленных признаков. Требования ГОСТ 5264-80 не распространяются на сварные соединения стальных трубопроводов, для них – ГОСТ 16037-80.
Принцип действия
Источником нагрева соединения является сварочная дуга – концентрированная лучистая энергия в промежутке между электродом и изделием. Питание происходит от трансформатора при переменном токе или преобразователя – при постоянном. От источника питание подаётся проводами на электрод, зажатый в держателе, и на изделие. При контакте между ними возникает дуга. Шов образуется от расплавления электрода и соединяемой кромки.
Создание дуги
Дуга возникает от нагревания торца электрода, являющийся в электрической цепи катодом. Он соприкасается с изделием, цепь замыкается. При прохождении тока через контакт с большим сопротивлением выделяется большое количество тепловой энергии. При отрыве электрода на расстояние 1-2 миллиметра зажигается дуга, и начинается термоэлектронная эмиссия. Зажигание и горение возможны при наличии трёх компонентов:
- Электрический источник питания, у которого напряжение холостого хода выше напряжения дуги.
- Ионизация в столбе дуги.
- Реактивное сопротивление в сварочной цепи – это повышает стабильность горения.
Области сварочной дуги
Сварочная дуга включает в себя три основные зоны:
- Катодная – находится между столбом дуги и поверхностью катода.
- Столб дуги – между катодной и анодной зонами.
- Анодная – состоит из анодного пятна и приэлектродной части. Ток в ней образуется потоком электронов из столба.
Под влиянием высокой напряжённости возле катода с его пятна вырываются свободные электроны, которые летят к аноду. За счёт бомбардировки электронов происходит интенсивное нагревание катода.
Источники питания
Трансформатор – источник питания электрической дуги. Напряжение подаваемого из сети тока изменяется регулировкой расстояния между первичной и вторичной обмоткой: приближение уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает ток. Удаление уменьшает его. Обмотка, подключенная к сети – первичная, к держателю и свариваемому изделию – вторичная.
Примерная стоимость трансформаторов. Яндекс.Маркет
Используемые электроды
При сварке постоянным и переменным током электроды применяют разные, маркировка первых имеет в маркировке буквенную аббревиатуру УОНИ, вторых — МР. И те, и другие покрываются специальной обмазкой для сварки сталей:
- углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных;
- легированных конструкционных;
- легированных теплоустойчивых;
- высоколегированных с особыми свойствами;
- для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.
По толщине обмазки в прямой зависимости от соотношения диаметра электрода к диаметру стального сердечника:
- с тонким покрытием, соотношение меньше 1,20;
- со средним, D/d между 1,20 и 1,45;
- с толстым, D/d между 1,45 и 1,80;
- с особо толстым, D/d больше 1,80.
По составу покрытия маркируются:
- кислое – А;
- целлюлозное – Ц;
- рутиловое – Р;
- основное – Б;
- прочие – П.
Смешанное покрытие отмечается сочетанием соответствующих ему символов.
Ещё одна маркировка – по положению электрода по отношению к поверхности детали:
- для всех – 1;
- для всех, кроме вертикального – 2;
- для нижнего, горизонтального к вертикальной плоскости сварки и вертикального снизу вверх – 3;
- для нижнего и нижнего в лодочку (свариваемые поверхности под прямым углом) – 4.
Технология выполнения ручной дуговой сварки
Перед основным процессом проводят подготовительные, без которых сварной шов не будет качественным: правку, очистку, разметку, резку и сборку. Зажигание дуги между электродом и изделием выполняется в два приёма: прикосновение к поверхности, короткое замыкание, отрыв на расстояние, равное диаметру электрода. Зажигают двумя способами: впритык и чирканьем. В первом случае металл разогревается в точке, где происходит короткое замыкание, во втором – в нескольких местах.
После зажигания электродный и основной металлы начинают плавиться, на месте шва образуется ванна расплава. Задача сварщика – поддерживать длину дуги постоянной, от этого зависит качество соединения. Оптимальная длина дуги – от 0,5 до 1,1 диаметра.
Угол наклона к поверхности обеспечивает достаточную глубину плавления свариваемых деталей. Также он зависит от толщины и состава металла, диаметра электрода, толщины и вида покрытия, расположения сварки в пространстве.
Перемещение электрода
Если вести сварку вдоль линии соединения, то ширина валика зависит только от сварочного тока и скорости операции, она составит не больше 1,5 от диаметра электрода. Такие швы не обеспечивают качество сварки толстых листов металла. Крепкий шов и широкий валик получится, если вести процесс колебательными движениями электрода из стороны в сторону.
Что влияет на качество и размеры сварного шва
Эти два показателя зависят от выбора режима сварки:
- диаметр и угол наклона электрода;
- скорость;
- напряжение на дуге;
- сварочный ток.
Диаметр электрода выбирают исходя из толщины металла и типов соединения и шва. На качество шва существенно влияет длина дуги. На практике оптимальную её величину определили в 2-8 мм.
Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра электрода.
Технология механизированной сварки
Полностью или частично механизированная сварка облегчает монтаж трубопроводов, металлоконструкций, используется при производстве сварных деталей. За счет механического передвижения сварочной головки улучшается прочность шва. Данными видами оборудования выполняют тавровые, угловые соединения, сваривают заготовки встык и внахлест. Механизированный помощник помогает точно соединить детали, расположить их под требуемым углом. Автоматы и полуавтоматы помогают выполнять работы в труднодоступных местах.
Особенности
Сначала о полностью механизированной сварке, это автоматизированный процесс соединения деталей, когда оператор только настраивает оборудование и следит за его работой. Аппарат сам разжигает и поддерживает дугу, ведет ее по шву, при этом подает присадочную проволоку, флюс или защитный газ.
При частично механизированной сварке подача расходных материалов осуществляется автоматически, а за геометрию шва отвечает сварщик. Он перемещает горелку с нужной скоростью в заданном направлении. Процессы полной или частичной механизации также регулируются стандартами для сварочных технологий.
Область применения
С помощью сварочных механизированных аппаратов можно сваривать трубы, накладывать прямые, кольцевые и криволинейные швы, осуществлять соединения в труднодоступных местах. Средства механизации предназначены для тонких заготовок и средней толщины. Оборудование применяется для монтажа и ремонтных работ, выручает в аварийных ситуациях. При серийном производстве используют полную механизацию, в транспортном машиностроении чаще нужны полуавтоматы с функцией подачи флюса, газа. Хребтовые балки сваривают на поточных механизированных линиях, рамы вагонов – на кантователях. Автоматическая механизированная сварка под флюсом и в углекислом газе применяется при выпуске прямошовных и спиралешовных труб.
Виды механизированной сварки
При механизации сварочного процесса учитывают особенности сваривания различных металлов. Для соединения углеродистых и низкоуглеродистых сплавов необходим углекислый газ. Алюминий, титан, магний расплавляют под облаком инертного газа. Чугун, некоторые алюминиевые сплавы, легированные стали сваривают с использованием различных флюсов. Каждый механизированный сварочный процесс стоит рассмотреть подробней.
В среде углекислого газа
Расход CO 2 зависит от типа электрода, мощности электродуги, движущихся потоков воздуха. При сдувании струи газа ветром или сквозняком ухудшается качество шва. Механизированной дуговой сваркой соединяют заготовки с содержанием углерода:
- до 2,14% (низкоуглеродистые сплавы);
- от 3 до 5 % (среднеуглеродистые).
Сваривают детали толщиной до 40 мм, в смеси газов можно проварить 80-ти мм металл. Процесс регламентируется ГОСТ 14771-76. Струя поступает из сопла, обтекает сварочную дугу, предохраняет ванну расплава от окисления.
В инертных газах
При механизированной сварке в среде защитных газов металлы при нагреве не окисляются. При подаче аргона с плотностью в 1,5 раза выше, чем у воздуха, над обрабатываемыми кромками формируется устойчивое облако. Такую защиту ванны применяют при сваривании любых металлов, когда необходимо получить качественное соединение или невозможна обыкновенная электродуговая сварка, например, при монтаже проката:
- из цветных металлов (меди, никеля, алюминия, титана);
- жаропрочных и конструкционных сталей, склонных к окислению при нагреве;
- некоторых видов нержавейки.
Инертные газы защищают металл от воздействия кислорода, азота, других компонентов воздуха, ухудшающих эксплуатационные характеристики сварных соединений.
Под флюсом
По ГОСТ 8713-79 в зависимости от способа изготовления флюсы разделяют на две группы:
- плавленые представляют собой однородный конгломерат, получаемый путем спекания компонентов;
- неплавленые бывают двух видов: керамические – это порошки с клеевой основой; спеченые сначала спекают при высоких температурах, затем измельчают до нужной фракции.
Смеси и порошки на основе силиката марганца наносят перед механизированной сваркой под флюсом. В процессе нагрева дугой защитный состав образует шлаковую корку. Оставшиеся частицы собирают для повторного применения.
Порошковыми проволоками
Сварщики выбирают любой расходный материал под тип обрабатываемого металла, порошковые проволоки – не исключение. Это стержень, заполненный шихтой, выполняющей сразу несколько функций:
- защищает металл от воздействия азота, кислорода, водорода;
- раскисляет и легирует расплавленный металл;
- поддерживает стабильное горение дуги;
- формирует ровный шов.
Для механизированного сварочного процесса применяют несколько типов порошковой проволоки:
- сочетаемые с флюсами;
- содержащие флюсовые компоненты в составе шихты;
- самозащитные для сваривания металла в углекислом газе.
Производители выпускают расходники с замкнутым трубчатым сечением, с захлестом кромок и сложной формы с загибами одной или обеих кромок внутрь.
Применяемое оборудование
Для работы применяют автоматы и полуавтоматы, тип сварочного механизированного оборудования зависит от необходимой степени участия человека в сварочном процессе. Механизированный автоматический аппарат осуществляет:
- розжиг дуги;
- механизированную подачу присадки, флюса или газа;
- контроль токовых параметров;
- движение дуги относительно кромок по заданной траектории.
Оператор только следит за работой автоматов, состоящих из трактора (самоходной сварочной головки) и блока управления (процессора).
Механизированные устройства тракторного типа осуществляют подачу проволоки за счет прижимного и подающего роликов. Перемещение дуги по направлению шва осуществляется вручную сварщиком. Основным элементом полуавтоматической механизации является электродержатель. Через это устройство обеспечивается подача электротока в зону сварки. Дуга разжигается при замыкании цепи с помощью пусковой кнопки, расположенной на рукояти держателя.
Для подачи и уборки оставшегося флюса монтируются бункеры с регуляторами (дозаторами). У механизированных полуавтоматов для сварки в защитных газах имеется специальная газоэлектрическая горелка, из которой одновременно подается газ и токопроводящая присадочная проволока.
Самоходная головка (трактор) одновременно с замыканием цепи осуществляет подачу требуемых компонентов. Вместе с током, питающим дугу, в зону сварки поступает расплавляемая присадка, защитные флюсы или газы.
Классические механизированные аппараты регулируют скорость подачи проволоки и плотность дуги в зависимости от физико-механических свойств свариваемых металлов. Проволока устанавливается в кассетах фабричной намотки с фиксированным натяжением. Разматываясь, присадка сначала проходит через направляющие ролики и шланги, затем поступает на подающие.
Специальные системы, ответственные за подачу газа, флюса, настраиваются собственно токовым параметрам. Скорость движения горелки регулируется автоматизировано или сварщиком.
При помощи механизированного трактора подается электродная проволока, а ток проводится к сварочному месту.
Производители предлагают механизированное оборудование для сварки с разной степенью механизации. По сути, технология автоматизированной сварки с точки зрения физико-термических процессов идентична ручной. Отличается технологичностью, скоростью формирования шва, качеством соединений.
Читайте также: