Ручная сварка покрытыми электродами

Виды ручной дуговой сварки.

Ручная дуговая сварка и наплавка выполняются плавящимся или неплавящимся (угольным, графитовым, вольфрамовым, гафниевым) электродом. При сварке и наплавке плавящимся электродом (рис. 2) дуга горит между ним и изделием. Формирование металла шва осуществляется за счет материала электрода и расплавления основного металла в зоне действия дуги. При сварке и наплавке неплавящимся электродом для формирования металла шва в зону дуги извне подается присадочный материал.

Ручную дуговую сварку выполняют, как правило, металлическими электродами при питании дуги постоянным или переменным током. Электрическая дуга постоянного тока более стабильна, кроме того, эту сварку можно проводить при прямой или обратной полярности, присоединяя в первом случае к детали плюс источника энергии, а к электроду – минус, а в другом случае – наоборот. При постоянном токе дуга горит устойчиво, что важно для сварки стальных деталей малых толщин и сварки специальных марок сталей. Однако в этом случае требуется более сложная аппаратура, увеличивается расход электроэнергии, в результате повышается стоимость. Обратная полярность позволяет уменьшить глубину проплавления детали, поскольку на положительном электроде выделяется тепла на 20 % больше, нежели на отрицательном. Поэтому детали толщиной менее 3,5 мм необходимо сваривать постоянным током обратной полярности, чтобы избежать прожогов.

 

Рисунок 2. Ручная дуговая сварка штучным электродом с обмазкой: 1 – основной металл; 2 – сварочная ванна; 3 – электрическая дуга; 4 – проплавленный металл; 5 – наплавленный металл; 6 – шлаковая корка; 7 – жидкий шлак; 8 – электродное покрытие; 9 – металлический стержень электрода; 10 – электрододержатель

                

Режимы ручной дуговой сварки.

Режимы ручной дуговой сварки имеют основные и дополнительные параметры. Основные параметры – диаметр электрода; сила, род и полярность сварочного тока; напряжение дуги; скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки). Дополнительные – состав и толщина покрытий, число проходов, положение шва в пространстве.

Наибольшее применение получила сварка и наплавка плавящимся электродом. При этом используются электроды диаметром 1–12 мм, однако основной объем работ выполняется электродами диаметром 3–6 мм.

  Электроды для ручной дуговой сварки

       Тип и марка электрода принимается в зависимости от требований к прочности и пластичности шва с учетом коэффициента наплавки, характеризующего производительности производительность сварки. Наиболее часто применяемые в машиностроении типы и марки электродов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики электродов и их назначение

Тип электрода*	Марка электрода	Механические свойств  металла шва			Коэффи-циент наплавки, г/А·ч	Разбрызгивание	Коэффи-циент Кэ**	Род тока***	Назначение электрода****
		σ т, МПа	σ в, МПа	а н, кДж/м2
Э42	СМ-5	320	460	1200	7,2	малое	1,45	П, Пер.	1
	АНО-5	350	470	1400	11,0	умеренное	1,60	П, Пер.	1
	АНО-6	330	450	1400	8,5	умеренное	1,70	П, Пер.	1
	АНО-1	380	460	1300	15,0	малое	1,45	П, Пер.	1, 2
Э42А	УОНИ 13/45	360	460	2200	8,5	умеренное	1,60	ПО	1а, 2а
	СМ-11	360	480	2200	9,5	умеренное	1,60	ПО, Пер.	1, 2
	УП 2/45	380	460	2400	10,0	умеренное	1,60	ПО, Пер.	1а, 2а
	ОЗС -2	380	460	1800	8,5	умеренное	1,7	ПО, Пер.	1а, 2а
Э46	АНО-4	370	480	1500	8,3	малое	1,40	ПО, Пер.	1
	МР-3	380	480	1500	7,8	умеренное	1,70	П, Пер.	1а
Э50	УОНИ 13/55	420	520	2000	9,0	умеренное	1,70	ПО, Пер.	1а, 2а
	УП-1/55	400	540	2400	10,0	умеренное	1,55	ПО	1а, 2а
	УП-2/55	400	540	2400	10,	умеренное	1,70	ПО, Пер.	1а, 2а
	К-5А	-	520	1500	9,0	малое	1,40	ПО, Пер.	1, 2

*   Цифры после буквы «Э» означают номинальный предел прочности при растяжении в десятых долях МПа;  

** Расход электродов (кг) на 1 кг наплавленного металла;

*** Род тока: П –постоянный; ПО – постоянный обратной полярности; Пер. – переменный;

**** Назначение электрода: 1 – для сварных конструкций из низкоуглеродистых сталей; 1а – для сварных конструкций наиболее ответственных из низкоуглеродистых сталей; 2 – для сварных конструкций из низколегированных сталей; 2а – для наиболее ответственных и напряженных сварных конструкций из низколегированных сталей.

 

Электродные стержни обычно изготавливаются из проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, размера катета шва и положения шва в пространстве. Вертикальные, потолочные и горизонтальные швы вне зависимости от толщин свариваемого металла выполняются электродами диаметра до 4 мм. При выборе диаметра электрода для сварки шва в нижнем положении можно использовать ориентировочные данные табл. 3.

Таблица 3. Зависимость диаметра электрода от толщины свариваемого металла

 

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом диаметром 3–4 мм, последующие слои – электродами большего диаметра.

Сила сварочного тока зависит oт выбранного диаметра электрода. Пpи сварке швов в нижнем положении величину токa подсчитывают по эмпирическим формулам

                                                      I_св = К·d_э, А                                                                           (1)

где К – коэффициент, который выбирается из диапазона К = 25–60 А/мм; d_э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_э принимается в соответствии с табл. 4.

 

Таблица 4. Зависимость коэффициента К от диаметра электрода d_э

 

Силу сварочного тока, рассчитанную по формуле (1) следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов (I_св.т), типа соединения (I_св.с) и положения шва в пространстве (I_св.ш). Если толщина металла h_д ≥ 3 d_э, то значение I_св следует увеличить на 10–15 %. Если же h_д ≤ 1,5 d_э, то сварочный ток I_св уменьшают на 10–15 %.

При сварке угловых швов и наплавке значение тока I_св должно быть повышено на 10–15 %. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока I_св должно быть уменьшено на 10–15 %.

                                ,                                    (2)

При большей силе тока наблюдаются перегрев стержня электрода, осыпание покрытия со стержня и нарушается стабильность плавлeния электрода.

Напряжение дуги. Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_д = 22–28 В.

Расчет скорости сварки v_св (м/ч), производится по формуле

                                                                                                    (3)

 где α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч (выбирают из характеристики принятого электрода, табл. 2); F_шв – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см²; γ – плотность металла электрода, г/см³ (для стали γ = 7,86 г/см³).

При расчете принять площадь поперечного сечения шва F_шв = 0,05–0,06 см².

Масса наплавленного металла G_н (г) для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле

                                                     G_н = F_шв·l_шв·γ,                                             (4)

 где F_шв – площадь поперечного сечения шва, см²; l_шв – длина шва, см.

Расчет массы наплавленного металла при ручной дуговой наплавке производится по формуле

                                                     G_н = F_нп·h_нп·γ,                                            (5)

где F_нп – площадь наплавляемой поверхности, см²; h_нп – требуемая высота наплавляемого слоя (с учетом припуска на последующую обработку ∆ _{мех.обр}).

При наплавке изношенной поверхности ручной дуговой наплавкой должна быть компенсирована толщина изношенного слоя ∆ _изн плюс припуск ∆ _{мех.обр} =2,0–3,0 мм на последующую механическую обработку поверхности после наплавки (h_нп  =∆ _изн + ∆ _{мех.обр}).

Расход электродов G_м (кг) для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле

                                                  ,                                                 (6)

где К_э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 2).

Время горения дуги (основное время) t_o (ч) определяется по формуле

                                                      .                                               (7)

Полное время сварки (наплавки) приближенно определяется по формуле

                                                        ,                                                   (8)

 где t_o – время горения дуги (основное время), ч; К_п – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки                К_п = 0,50–0,55.

Расход электроэнергии А (кВт·ч) определяется по формуле

                                      ,                                         (9)

где U_д – напряжение дуги, В; I_св – сварочный ток, А; η – КПД источника питания сварочной дуги; t_o – время горения дуги, ч; W_o – мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т – полное время сварки или наплавки, ч.

Значение КПД источника питания сварочной дуги η и мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе W_o можно принять по табл. 5.

Таблица 5. Зависимость η и W₀ от рода тока

 

   Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги. Выбор источника питания сварочной дуги осуществляется с учетом рода сварочного тока, вида вольт-амперной характеристики, величины сварочного тока, величины напряжения дуги и КПД.

Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги могут быть осуществлены по табл. 6­–8. 

Таблица 6. Технические характеристики сварочных выпрямителей с падающими внешними характеристиками

Параметр	ВД-306	ВД-501
Климатическое исполнение, категория размещения Продолжительность цикла сварки, мин Номинальный сварочный ток, А Пределы регулирования сварочного тока, А Номинальное рабочее напряжение, В Напряжение холостого хода, В, не более Первичная мощность, кВА, не более кПД, %, не более Габаритные размеры, мм Масса, кг, не более	У3, Т3 5 315 45–315 32,6 70 21 70 765х735х772 170	У3 10 500 50–500 40 80 42 69 550х805х1062 370

Таблица 7. Технические характеристики сварочных выпрямителей серии ВДУ      с жесткой и падающей внешними характеристиками

 

Параметр	ВДУ-305	ВДУ-504	ВДУ-1201	ВДУ-1601
Климатическое исполнение, категория размещения	У3	У3, Т3	У3, Т3	У3
Нижняя температура окружающей среды для исполнения У, °С	–40	–40	–30	–30
Режим работы ПВ, %	60	60	Продолжительный
Продолжительность цикла сварки, мин	10	10	–	–
Номинальный сварочный ток, А	315	500	1250	1600
Пределы регулирования:
сварочного тока, А:
жесткие	50–315	80–500	300–1250	500–1600
падающие	20–315	70–500	–	600–1600
рабочего напряжения, В:
жесткие	16–38	18–50	24–66	26–66
падающие	21–33	23–46	26–60	30–66
Напряжение холостого хода, В, не более	70	80	100	100
Первичная мощность, кВА	23	40	120	155
Напряжение сети, В	220, 380	220, 380	380	380
кПД, %, не менее	70	82	83	84
Габаритные размеры, мм	634х975х760	1100х800х940	1400х850х1250	1150х900х1850
Масса, кг, не более	240	380	850	950

 

Таблица 8. Технические характеристики трансформаторов для ручной дуговой     сварки с падающими внешними характеристиками

Параметр	ТД-300	ТД-500	ТД-502	ТД-102	ТД-306
Климатическое исполнение, категория размещения	У2, Т2	У2, Т2	У3	У2	У2
Режим работы ПН, %	60	60	60	20	30
Номинальный сварочный ток, А	315	500	500	160	250
Пределы регулирования сварочного тока, А	0–365	100–560	100–560	55–175	90–300
Номинальное рабочее напряжение, В	32	40	40	26,4	30
Первичная мощность, кВА	20,5	32	26,5	11,4	19,4
кПД, %, не менее	88	85	85	72	72
Габаритные размеры (длина х высота х ширина), мм	620х692х710	570х720х835	780х720х835	290х435х535	370х630х585
Масса кг, не более	140	210	240	38	71