Главная » Бытовая техника » Домашнее хозяйство: как правильно варить сваркой

Технология сварочных работ

На сегодняшний день известны следующие разновидности электродуговой сварки:

  1. Сварка неплавящимся электродом.
    Сварка неплавящимся электродом

    Схема устройства сварки с неплавящимся электродом

    Вольфрамовый (или графитовый) стержень, используемый как электрод, не плавится, но поддерживает электрическую дугу. Наплавляемый металл подаётся в виде проволоки или прутка. Такой вид сварки может работать и без присадочного материала, в режиме паяльника.
  2. Сварка под флюсом.
    Сварка под флюсом

    Промышленная установка для сварки под флюсом

    Электрод, создающий электрическую дугу, подаётся внутрь слоя флюса, которым покрыта деталь. Таким образом создаются условия для идеального соединения металлов, не подверженного разрушающему влиянию воздуха.
  3. Полуавтоматическая дуговая сварка.
    Полуавтоматическая сварка

    Схема устройства полуавтоматической электродуговой сварки

    Роль электрода выполняет проволока из металла, к которой подаётся электрический ток. По мере её плавления происходит автоматическая подача (так, чтобы длинна дуги сохранялась постоянной). В тоже время к месту сварки нагнетается защитный газ — углекислый или аргон. В результате значительно повышается качество сварного шва.

В домашних условиях такие виды сварки практически не применяются. Поэтому перейдём к рассмотрению четвёртого вида сварочных работ — ручной электродуговой сварки.

Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка основана на применении специального электрода в обмазке

Электросварочные аппараты для ручной сварки разделяют на два типа — переменного тока и постоянного тока. Использование переменного тока позволяет конструировать приборы высокой производительности и мощности. Преимуществом постоянного тока, благодаря отсутствию смены полярности, является более ровный шов с меньшим количеством металлических брызг.

В 1802 г. В.В. Петровым было открыто явление гальванической вольтовой дуги.

В 1803 г. была опубликована книга, в которой автор предлагал использовать это явление для пайки металлов и освещения.

Прибор для сварки металлов при помощи «электрогефеста» был запатентован в 1882 г. Бенардосом Н.Н.

Российский инженер Н.Г. Славянов в 1888 г. впервые применил для сварки электрод.

В 1932 г. советским физиком Хреновым К.К. произведена успешная сварка металлов под водой.

Подводная сварка

Ремонт подводного трубопровода

Работа сварочного аппарата основана на создании электрической дуги в месте соприкосновения двух металлических деталей. Высокая температура (до 7000о С) расплавляет материал до жидкого состояния и происходит диффузия — смешивание на молекулярном уровне.

Принципиальным отличием сварки от склеивания является отсутствие вспомогательных материалов — соединяемые детали превращаются в монолитную конструкцию.

Поэтому нужно отчётливо понимать, что для правильного применения сварки использовать можно только однородные металлы. Нельзя приварить алюминий к железу или медь к нержавейке. Температура плавления у разных материалов различная, а создание сплавов не входит в круг возможностей сварочного оборудования.

Для сварки железных конструкций существуют различные сварные аппараты.

  • Трансформаторы. Служат для преобразования сетевого тока напряжением 220 В, в ток с параметрами необходимыми для создания высокотемпературной электрической дуги. Происходит это за счёт понижения напряжения (не более 70 В) и повышения силы тока (до тысяч ампер). Сегодня такие приборы постепенно уходят в прошлое, так как для бытового использования они слишком громоздки и потребляют большое количество электроэнергии. Кроме того, работа трансформатора не отличается стабильностью и негативно влияет на состояние сети в целом — при включении создаются перепады напряжения, страдает чувствительная бытовая техника. Бывают одно и трёх фазными.
    Трансформаторная сварка

    Трансформатор переменного тока для производства сварочных работ

  • Выпрямители.
    Сварочные выпрямители

    Выпрямитель переменного тока в постоянный производства для сварочных работ

    Преобразуют переменный ток потребительской сети в постоянный. Принцип работы таких приборов основан на использовании выпрямляющих кремниевых диодов, которые также называются вентилями. Характерным отличием сварочного аппарата постоянного тока от сварочного переменного тока, является сильный нагрев электрода на плюсовом полюсе. Это даёт возможность контролировать процесс сварки: осуществлять «щадящую сварку», манипулируя настройками ощутимо экономить электроды при резке металла.
  • Инверторы.
    Инверторная сварка

    Инверторный сварочный аппарат

    Довольно долгое время (до 2000 г.) были недоступны для широкого применения в быту в силу высокой стоимости. Но в последствии приобрели большую популярность. Принцип действия инвертора состоит в преобразовании сетевого переменного тока в постоянный, а затем — снова в переменный, но уже высокочастотный ток. Отличие данной схемы от трансформаторной сварки в том, что дуга, полученная от преобразованного постоянного тока, более устойчивая.

Главным преимуществом инверторной сварки является улучшение динамики электрической дуги, а также ощутимое снижение веса и габаритов установки (по сравнению с прямыми трансформаторами). Кроме того, появилась возможность плавной регулировки выходящего тока, что заметно повысило КПД агрегата и обеспечило лёгкость зажигания дуги во время работы.

Но есть и недостатки:

  • временные ограничения в использовании, что связано с нагревом электронной схемы преобразования;
  • создание электромагнитного «шума», высокочастотных помех;
  • негативное влияние влажности воздуха, что приводит к образованию конденсата внутри прибора.

Что необходимо для работы

Перед тем как приступить к сварке, необходимо сварочный аппарат и экипировка:

  1. Сварочные электроды. Подбираются исходя из предстоящих задач. Оптимальным размером для начинающего сварщика считается электрод толщиной 3,2 мм. Более тонкие электроды применяются для сварки миниатюрных деталей. При диаметре электрода более 3,5 мм. требуется оборудование повышенной мощности.
    Сварочные электроды

    Диаметр электрода подбираетс в соответствии с планируемыми работами

  2. Костюм сварщика. В него входят одежда из плотного негорючего материала и обувь толстой кожи. Верхняя одежда хорошего качества отличается высоким воротником и двойным слоем ткани на запястьях. Штанины брюк широкие, полностью закрывающие обувь от попадания искр. В обязательном порядке в костюм входят брезентовые перчатки, пропитанные антипиритным составом (ГОСТ 12.4.250–2013 ССБТ). Существует несколько классов сварочных костюмов, в зависимости от степени соприкосновения с агрессивными средами.
    Костюм сварщика

    Сварочный костюм предназначен для защиты сварщика от ожогов

  3. Маска со светофильтрующими стеклами. Очки лучше не применять, так как в защите нуждаются не только глаза, но и кожа лица, волосы, органы дыхания. Работа без маски приводит к офтальмии (воспалению роговицы глаза) и ожогам сетчатки, ведущих к полной потере зрения. При проведении потолочных сварочных работ, дополнительно к маске на голову и плечи одевается дополнительная накидка для защиты от ожогов.
    Маска сварщика

    Предназначена для предохранения глаз, лица, шеи и органов дыхания от вредного воздействия

  4. Слесарный инструмент — молоток, металлическая щётка, струбцины, тиски, напильники и т.д. В идеале работы производятся на верстаке или специальном сварочном столе. Если такие условия отсутствуют, необходимо выбирать место с максимально устойчивым положением.

Место проведения сварочных работ освобождается от горючих материалов и оборудуется средствами тушения огня — водой, песком, технической содой. Если это закрытое помещение необходимо обустроить приточно-вытяжную вентиляцию.

Средства пожаротушения

Необходимое противопожарное оборудование на любом объекте

Как правильно варить сваркой

Для успешного овладения техникой неразъёмного соединения металлических деталей, необходимо освоить 4 базовых навыка, без которых не обходится ни одна «сварочная сессия».

Настройка аппарата

Основой настройки сварочного аппарата является правильный подбор силы тока и напряжения, выводящийся на клеммы. Несмотря на простоту формулировки, тема настройки заслуживает отдельного разговора. Но если кратко сформулировать критерии настройки, то можно выделить 5 основных параметров:

  • Структура и диаметр электрода.
    Выбор электрода

    Выбор диаметра электрода зависит от толщины металла заготовки

    Электрод подбирается исходя из того, к какой группе относится основной (тот, на который наносится сварка) металл. Классифицируют три группы стали — обычная, закалённая и жаропрочная. Для обычной стали критерием подбора является соотношение прочности: показатель прочности основного металла должен быть близок к прочности электрода, выраженного в мегапаскалях (МПа). Покрытие электрода предназначено для того, чтобы максимально защищать место соединения от воздействия кислорода и азота атмосферного воздуха.Существует 4 вида обмазки — кислый, рутиловый, целлюлозный и основной. Каждый тип выполняет свои задачи. Для жаропрочных и закаляющих сталей электрод подбирается по химическому составу — шов должен иметь максимальное приближение химической структуры к основному материалу. Прочность электрода в этом случае в расчёт не берётся. Для подбора диаметра электрода наилучшим ориентиром служит толщина заготовки. Чем толще деталь подлежит сварке, тем больший диаметр электрода потребуется.
    Виды электродов

    Электроды различаются по структуре, диаметру и назначению

  • Марка электрода.

    Маркировка отображает структуру стержня и химический состав его покрытия. Для каждого вида металла разработаны оптимальные условия, способствующие соединению деталей. Кроме свойств материалов, маркировка содержит информацию о том, в каких условиях может использоваться электрод — открытая, закрытая строительная площадка, высотные или подземные работы и т.п.

    Марка электрода

    Разнообразие электродов обусловлено их предназначением для работы с определённым видом металла

  • Пространственное положение сварного шва.

    Установка режима сварки тесно связана с условиями ведения сварки. В различных ситуациях при помощи регулировок можно менять интенсивность электрической дуги, что позволяет ускорять или замедлять процедуру нанесения соединительного шва, изменяет температуру варки. К примеру, при положении сварочного направления «сверху-вниз», утолщается слой расплавленного металла, но глубина шва уменьшается и распространяется вширь. Если же направление сварки «снизу-вверх», количество расплавленного металла уменьшается, так как он стекает под действием собственного веса. В результате шов становится уже.

    Положение электрода в пространстве

    Виды сварочных работ в различных местоположениях

  • Количество швов.

    Зачастую изделие обваривается несколькими швами. Первый шов может быть прихваточным, следующий — основным, и за ним ещё один — закрепляющий или выравнивающий. На каждом этапе может меняться траектория наложения шва и глубина прогрева металла. Пользуясь такой технологией, опытный сварщик формирует идеальное соединение деталей.

    Сварочный шов

    Трёхслойный шов соединения труб

  • Полярность электрода.

    Известно, что в зависимости от положения «плюса» и «минуса» зависит температура электрической дуги. На «плюсе» температура всегда выше. Знание этого позволяет пользователю определять правильное расположение полярности. Чаще «плюс» закрепляют на основной детали, а «минус» на электроде (прямая полярность). Если наоборот — полярность называется «обратной».

    Таблица применения прямой и обратной полярности при сварке металла постоянным током

    Прямая полярность Обратная полярность
    · Сварка с глубоким проплавлением основного металла
    · Сварка низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5 мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.
    · Сварка чугуна
    · Сварка с повышенной скоростью плавления электродов
    · Сварка низколегированных и низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ), средне- и высоколегированных сталей и сплавов
    · Сварка тонкостенных листовых конструкций

Для того чтобы безошибочно выбрать величину тока проще всего воспользоваться готовыми таблицами.

Но в силу того, что каждый аппарат имеет свои конструктивные особенности и технологические нюансы, решающее слово всё-таки остаётся за «методом научного тыка» — эмпирической подборки нужного тока экспериментальным путём.

Таблица выбора сварочного тока

Настройка сварочного тока в зависимости от диаметра электрода

Таблица соотношения электрода и сварочного тока

Режим подбора тока для сварки стандартных стыковых соединений:

Разновидность шва Диаметр,мм Ток, А Толщина металла на заготовке, мм Зазор между торцами деталей до сварки, мм
1-сторонний 3 180 3 1.9
2-сторонний 4 220 5 1.5
2-сторонний 5 260 7–8 1.5–2
2-сторонний 6 330 10 2

Односторонний шов соединяет поверхность деталей с одной стороны, двухсторонний — с двух противоположных сторон.

Виды сварных швов

Примеры сваривания деталей различными швами

Также можно воспользоваться универсальной таблицей для широкого диапазона:

Толщина заготовки,мм 0,5 1–2 3 4–5 6–8 9–12 13–15 16
Толщина электрода,мм 1 1,5–2 3 3–4 4 4–5 5 6–8
Сила тока, А 10..20 30..45 65..100 100..160 120..200 150..200 160..250 200..350

Начинающему сварщику легко запомнить простое правило. Если ток превышает необходимый показатель — электрод будет прожигать заготовки. Если ток ниже, чем нужно — деталь не проваривается, наплавленный металл отваливается при воздействии на него механическим способом.

Подключение электрода

Электрод может подключаться к плюсовому или минусовому выходу тока. Если на деталь подключается «+», то полярность называется прямой. Если «-» — обратной. Соответственно, при прямой полярности на электроде располагается «минус», а при обратной «плюс». Разница между этими положениями заключается в том, что на «плюсовой» клемме всегда выделяется большее количество тепла. Опытные сварщики используют это явление при решении конкретных задач. Так, например, манипулируя полярностью, можно варить тонколистовую сталь нержавейки, чувствительной к перегревам. Для этого «плюс» подаётся на электрод, а «минус»- на лист тонкого металла.

Подключение сварочного электрода

Один из вариантов подключения электрода

Видео: прямая и обратная полярность при работе инверторного сварочного аппарата

Создание дуги

Процесс сваривания начинается с зажигания электрической дуги. Во всех видах ручной сварки дуга создаётся кратковременным прикосновением электрода к детали. При этом происходит резкое нагревание торца электрода до температуры, достаточной для установления дугового разряда.

Зажигание электродной дуги

Процесс зажигания электродной дуги требует определённых навыков

После короткого замыкания, если дуга воспламенилась, необходимо поддерживать расстояние между торцом электрода и деталью 3–5 мм. При этом нужно учитывать тот факт, что длина электрода по мере сварки уменьшается. При превышении расстояния в 5 мм. дуга прерывается, при уменьшении менее 3 мм. электрод может прилипнуть к заготовке или привести к большому разбрызгиванию расплавленного металла.

Движение электрода

Для создания хорошего шва, разработаны различные схемы ведения дуги вдоль свариваемого места. При этом важным считается не только расплавление кромок свариваемых деталей, но и наполнение сварочной ванны необходимым количеством наплавленного из электрода металла.

Схема движения электрода

Различные варианты траектории торца электрода

Достичь этого возможно при сохранении постоянной длины электрической дуги и систематичным перемещением торца электрода по определённой траектории.

При производстве шва без поперечных перемещений, ширина стыка, как правило, равна b = (0,8–1,5)хdэл. Где b-ширина сварного стыка, а d — диаметр электрода.

Проход таким швом считается предварительным, нормальной конфигурацией шва считается b = (3–5)хdэл.

Поэтому, в задачу сварщика входит проход шва с применением одной из технологий проварки. Различные траектории торца электрода применяются в разных ситуациях.

Формирования структуры сварного шва

Плавильным пространством электродуговой сварки называется т.н. сварочная ванна (или кратер), которая возникает под действием тепла исходящего от дуги.

Сварочная ванна это жидкое состояние сварочного шва до застывания как свариваемого металла.

Солнцев Ю.П.

Словарь металлургических терминов

С перемещением источника тепла передвигается также плавильное пространство. Условно плавильное пространство делят на две части. Головная часть (передняя) и хвостовая часть (тыловая). В передней части происходит расплав металлов и смешение основного и дополнительного материала в единое целое (диффузия). В тыловой, по мере остывания, происходит кристаллизация плотной поверхности сварочного шва.

Сварочная ванна

Схематическое изображение сварочного кратера

Формирование шва может происходить при сварке под флюсом, окружённое оболочкой шлаков и тогда дуга практически не видна. А сварку называют закрытой.

Открытой сваркой называется процесс формирования плавильного пространства, окружённого прозрачными газами, выделяемыми обмазкой электрода.

Видео: 10 ошибок начинающего сварщика

Видео: как научиться варить красивые швы элетросваркой

Техника безопасности при сварке

Пренебрежение правилами личной безопасности влечёт за собой самые неприятные, а порой и трагичные, последствия. Основные правила техники безопасности гласят:

  1. Используя сварочное оборудование необходимо следить за надёжной изоляцией проводов, осуществляющих питание прибора и непосредственно электрической дуги. Неукоснительно должны выполняться требования завода-изготовителя оборудования по заземлению корпуса агрегата, аппаратного шкафа и т.д.
  2. Работы должны производиться в целой спецодежде, обуви и огнеупорных перчатках. В помещениях где производится сварка должны применяться резиновые коврики и галоши. Пространство должно хорошо освещаться.
  3. Сварочное оборудование, в частности электрододержатель, должно соответствовать нормам надёжной изоляции, исключающие прямой контакт с кожей сварщика. Электрододержатель считается качественным, если выдерживает 8000 и более зажимов электродов.
  4. Для обеспечения безопасности рекомендуется применение автоматических выключателей.

Таковы некоторые из положений ГОСТа, регламентирующего работы сварщика. Конечно, в домашних условиях никто не будет контролировать выполнение вышеизложенных положений. Однако их необходимо знать и помнить, что писаны они не ради красного словца, а на горьком опыте пострадавших.

Сварочные работы стоят на втором месте по опасности после шахтёрского труда. Даже в домашнем хозяйстве, где к сварке прибегают время от времени, нельзя забывать о потенциальной опасности при работе с электрическим током и расплавленным металлом. Для поддержания безопасности следует использовать защитную маску только заводского изготовления, специальную негорючую одежду, обувь и перчатки. На рабочей площадке вседа должны быть средства пожаротушения — вода, песок и огнетушитель. Не стоит подвергать опасности себя и собственный дом, пренебрегая простыми правилами безопасности. Аптечку желательно укомплектовать противоожоговыми препаратами.

-----------------------