Технология ручной дуговой сварки: основы, методы и параметры

Введение в ручную дуговую сварку. Ручная дуговая сварка (РДС) является универсальным технологическим процессом, широко применяемым в различных отраслях промышленности и строительства. Данный метод позволяет соединять металлические конструкции практически любой толщины, что обуславливает его повсеместное использование. Минимальная толщина свариваемых изделий составляет около 1 мм, а максимальная при однопроходной односторонней сварке без разделки кромок достигает 6–8 мм. При использовании специальных разделок кромок толщина свариваемых элементов становится практически неограниченной, что расширяет технологические возможности метода.

Пространственное положение и угол наклона электрода. Для обеспечения качественного формирования сварочного шва крайне важно правильно ориентировать электрод в пространстве. Его необходимо удерживать под наклоном 70–85° по отношению к поверхности основного металла. Регулировка данного угла является эффективным методом контроля над процессом сварки. Изменяя угол наклона, сварщик может напрямую влиять на глубину проплавления основного металла, а также управлять скоростью охлаждения расплавленного металла и общей производительностью процесса.

Методы возбуждения сварочной дуги. Процесс начала сварки, известный как зажигание сварочной дуги, осуществляется путем кратковременного замыкания электрической цепи. Существует два основных метода инициализации дугового разряда. Первый способ, известный как метод короткого замыкания, предполагает выполнение короткого вертикального удара концом электрода по изделию с последующим его отрывом на расстояние 4–5 мм. Второй метод, называемый зажигание «спичкой», заключается в осуществлении скользящего движения электродом по поверхности изделия на длину 50–80 мм с последующим отрывом на ту же высоту.

Траектории перемещения электрода и формирование шва. Ключевым этапом технологии является перемещение электрода вдоль зоны сварки для обеспечения проплавления свариваемых кромок и формирования качественного сварочного шва. Для создания так называемого «узкого» валика применяется строго продольное перемещение электрода без каких-либо боковых колебаний. Ширина такого шва обычно составляет 0,8–1,5dэ, где dэ – это диаметр электрода. Для получения «уширенного» валика необходимо применять технику поперечных колебаний конца электрода по определенным траекториям.

Классификация поперечных колебаний электрода. Как показано на Рис. 6.3, выделяют несколько основных видов поперечных перемещений конца электрода, каждый из которых служит определенной цели. Траектории, обозначенные на схеме цифрами 1 и 2, применяются для обеспечения равномерного прогрева обеих свариваемых кромок и являются наиболее распространенными на практике. Траектория под номером 3 используется в случаях, когда требуется увеличенный нагрев средней части зоны сварки. Напротив, траектория 4 предназначена для ситуаций, при которых необходим усиленный прогрев именно кромок соединяемых деталей.

Рис. 6.3. Виды поперечных перемещений конца электрода: 1 и 2 – для равномерного прогрева кромок (используются наиболее часто); 3 – при увеличенном нагреве середины; 4 – при увеличенном нагреве кромок

Критическое влияние длины сварочной дуги. Важнейшим параметром, напрямую влияющим на качество сварного соединения, является длина дуги. Отклонение этого параметра от оптимального значения приводит к существенным технологическим дефектам. Чрезмерное уменьшение длины дуги нарушает стабильность процесса формирования шва и может привести к нежелательному короткому замыканию. С другой стороны, чрезмерное увеличение длины дуги вызывает снижение глубины провара, значительное возрастание разбрызгивания электродного металла и общее ухудшение геометрии и внешнего вида сварочного шва.

Физические основы процесса ручной дуговой сварки. С физической точки зрения, ручная дуговая сварка представляет собой процесс локального сплавления материалов под воздействием высокой температуры электрической дуги. Электрический разряд, возникающий между электродом и изделием, создает температуру в несколько тысяч градусов Цельсия, что приводит к плавлению как основного металла, так и металлического стержня или покрытия электрода. Образующаяся зона сплавления после кристаллизации формирует неразъемное соединение, характеризующееся высокой механической прочностью.

Классификация электродов для ручной дуговой сварки. Электроды для РДС классифицируются по множеству признаков, включая тип покрытия, назначение и химический состав наплавляемого металла. Наиболее распространены электроды с основным (фтористо-кальциевым) и рутиловым покрытием. Основное покрытие обеспечивает получение шва с высокой пластичностью и ударной вязкостью, что критически важно для сварки ответственных конструкций. Рутиловое покрытие способствует легкому повторному зажиганию дуги и обеспечивает стабильное горение, что упрощает процесс для сварщиков.

Основные дефекты сварных соединений и методы их контроля. Нарушение технологических параметров ручной дуговой сварки может привести к возникновению различных дефектов. К распространенным несплошностям относятся поры, шлаковые включения, непровары и подрезы. Контроль качества сварных швов осуществляется с помощью комплекса методов неразрушающего контроля, таких как визуальный и измерительный контроль (ВИК), ультразвуковой контроль (УЗК) и радиографический контроль (РК). Соблюдение всех технологических предписаний и правильный выбор режимов сварки являются залогом получения высококачественного и надежного сварного соединения.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е.А. Астафьева, Ф.М. Носков.

Источник: Технология конструкционных материалов.

Данные публикации будут полезны студентам бакалавриата по направлению «Машиностроение», а также всем, кто изучает дисциплину «Технология конструкционных материалов» в рамках укрупненной группы специальностей «Материаловедение, металлургия и машиностроение».