Ручная дуговая сварка

Существует ряд общепринятых обозначений ручной дуговой сварки.
РДС – ручная дуговая сварка, ее аббревиатура в советской литературе;
E – международный символ ручной дуговой сварки;
MMA: расшифровывается как Manual Metal Arc (Welding), т.е. ручная металлическая дуговая сварка;
SMAW: расшифровывается как Shielded Metal Arc Welding, металлическая дуговая сварка, совершаемая в защитной атмосфере.

Технология ручной дуговой сварки

Образование и поддержание электрической дуги к электроду и изделию, которое проходит процедуру сварки, является возможным благодаря подведению переменного или постоянного сварочного тока к источнику питания.




Когда положительный полюс источника питания подключен к изделию, ручная дуговая сварка происходит на прямой полярности. Если же изделие соединено с отрицательным полюсом, то полярность считается обратной. Действие дуги расплавляет электродный металл (металлический стержень электрода), его оболочку и основной металл (металл изделия). Электродный металл переходит в сварочную ванну каплями, покрытыми шлаком. Там он соединяется с основным металлом, а шлак всплывает, поднимается на поверхность.
Размер сварочной ванны находится в зависимости от пространственного положения сварки, ее режима, скорости движения дуги, конструкции сварного соединения, размера и формы разделки свариваемых кромок и др. Обычно они имеют следующие характеристики: глубина может составлять до 6 мм, ширина колеблется от 8 до 15 мм, длина - от 10 до 30 мм.
Длиной дуги является расстояние от одного активного пятна, расположенного на поверхности сварочной ванны до другого, но уже на поверхности электрода. Плавление образует газовую атмосферу, которая удаляет воздух из области сварки, предотвращая его взаимодействие с расплавленным металлом. Газовая атмосфера также включает в себя пары легирующих элементов.
Покрытие каплей шлака расплавленного электродного металла и поверхности сварочной ванны препятствует их контакту с воздухом и способствует очищению от примесей расплавленного в процессе сварки металла.
В процессе удаления дуги из кристаллизующегося металла сварочной ванны получается шов, который соединяет свариваемые детали. На его поверхности образуется слой из затвердевшего шлака.

Способы зажигания дуги при ручной дуговой сварке

Зажечь дугу можно с помощью кратковременного прикосновения конца электрода к изделию. Протекающий ток, короткое замыкание и наличие контактного сопротивления  быстро нагревают торец электрода до температуры, при которой отрыв электрода провоцирует ионизацию газового промежутка и появления сварочной дуги. Надежность зажигания дуги достигается при отводе электрода от свариваемого изделия на высоту 4–5 мм. Большое расстояние между окончанием электрода и изделием является условием, при котором дуга не возникает.
Зажигание дуги осуществляется путем прямого отрыва электрода после короткого замыкания или же движением скольжения конца электрода.



На рисунке зажигание дуги при ручной дуговой сварке

Дуга проводится таким образом, что в результате этого достигается проплавление свариваемых кромок, а также получается требуемое качество наплавленного металла. Достигается это поддержанием постоянства длины дуги и определенного движения конца электрода.

Перемещения электрода при ручной сварке

Процесс сварки сообщает электроду перемещение в трех направлениях. Первое – поступательное движение, направленное по оси электрода. Оно поддерживает постоянную длину дуги, которая зависит также от скорости плавления электрода. Стоит заметить, что длина дуги зависит от условий сварки и марки используемого электрода. Она должна находиться в пределах (0,5–1,2) dэл. Слишком маленькая длина дуги оказывает негативное влияние на формирование шва и вызывает короткое замыкание. Превосходящая максимальный размер длина дуги снижает глубину провара, что приводит к усилению разбрызгивания металла и снижению качества шва, а в случае, если используется метод сварки электродом с покрытием основного вида, тогда нарушение длины приводит также к порообразованию.

Второе движение – это перемещение электрода по оси валика, приводящее к образованию шва. Скорость данного движения зависит от диаметра электрода, скорости его плавления, силы тока, вида шва и др. Отсутствие поперечных движений электрода сулит узким швом (или ниточным валиком), который составляет примерно 1,5 диаметра электрода. Данный тип шва используют для сварки тонких листов, для наложения первого (корневого) слоя в целях получения многослойного шва, для сварки способом опирания и т.п.

Третье движение связано с перемещением электрода поперек шва, что является способом получения необходимых ширины и глубины шва. Поперечные движения колебательного характера, совершаемые конечной частью электрода, имеют различия в форме разделки, размерах и положении шва, свойств свариваемого материала, навыков сварщика (изображено на рисунке). Ширина шва, свариваемого с помощью поперечных колебаний, обычно находится в пределах 1,5–5 диаметров электрода.



Рисунок. Виды траекторий поперечных движений конца электрода при слабом (А, Б), усиленном (Е–Ж) прогреве свариваемых кромок, усиленном прогреве одной кромки (З, И), прогреве корня шва (К).

Техника ручной сварки, проводимой в разных пространственных положениях

Техническая составляющая ручной дуговой сварки в достаточной мере зависит от положения сварного шва в пространстве. Различают несколько типов пространственного положения: нижнее (0–60°), вертикальное (60–120°) и потолочное (120–180°).


Рисунок. Различные положения изделия при ручной дуговой сварке
Ручная дуговая сварка в нижнем положении

Наиболее распространенная проблема, возникающая при ручной сварке, производимой  в нижнем положении, заключается в том, что ее условия затрудняют обеспечение полного проплавления сечения без появления прожогов.
На рисунке ниже вы обнаружите различные варианты выполнения швов при нахождении сварщика в нижнем положении. Сварка односторонних швов на весу (изображено на рисунке А), довольно трудна: при ней сложно избежать непроваров или прожогов. Потому для односторонних швов применяются некоторые способы удержания сварочной ванны, как-то:
сварка на съемной медной подкладке (изображено на рисунке Б);
сварка на остающейся стальной подкладке (изображено на рисунке В);
наложение подварочного шва (изображено на рисунке Г);
вырубка непровара с последующей заваркой корня шва (изображено на рисунке Д).



Рисунок. Способы удержания сварочной ванны
1 – съемная медная подкладка; 
2 – остающаяся стальная подкладка; 
3 – основной шов; 
4 – подварочный шов.

Сварка угловых швов в нижнем положении выполняется двумя способами: при положении «в лодочку» (повороте изделия на 45°)  и наклонным электродом (изображено на рисунке ниже). Сварка «в лодочку», стоит заметить, предпочтительнее, потому что при сварке наклонным электродом происходит отекание расплавленного металла, из-за которого сложно предотвратить подрез по вертикальной плоскости и создать условия провара по нижней плоскости.



Рисунок. Техника выполнения угловых швов при ручной дуговой сварке:
А – «в лодочку»; Б – наклонным электродом

Ручная дуговая сварка в вертикальном положении

Данный тип сварки предполагает стекание расплавленного металла. Он обладает существенным влиянием на форму шва и глубину проплавления (изображено на рисунке). Вертикальные швы, как правило, выполняются на подъем. В данном случае удается обеспечение требуемого провара и поддержание расплавленного металла на кромках. Однако, нельзя не отметить, что производительность сварки довольно низка. Установлено ее увеличение при сварке на спуск. По причине малой глубины проплавления указанное выше осуществимо только при работе с тонким металлом и при использовании специальных электродов.



Рисунок. Ручная дуговая сварка швов в вертикальном положении

Наиболее неблагоприятные условия для формирования шва возникают при нанесении на вертикальную плоскость горизонтальных швов, потому как расплавленный металл стекает  на нижнюю деталь.

Ручная дуговая сварка в потолочном положении

Ручная сварка, выполняемая в потолочном положении, также является достаточно сложной процедурой. Расплавленный металл в этом случае силой поверхностного натяжения удерживается от вытекания из сварочной ванны (рисунок). Важно, чтобы вес расплавленного металла не превышал данную силу. С этой целью уменьшают  размеры сварочной ванны посредством выполнения периодических коротких замыканий, которые дают металлу шва возможность частично закристаллизоваться. Также обращаются к уменьшению диаметра электрода, снижению силы сварочного тока, применению специальных электродов, которые обеспечивают вязкость сварочной ванны.



Рисунок. Формирование ванны и шва при ручной дуговой сварке в потолочном положении

Преимущества ручной дуговой сварки
Сварка может осуществляться в любых пространственных положениях.
Сварка может быть проведена в местах с ограниченным доступом.
Сварка обладает возможностью сравнительно быстрого перехода от одного свариваемого материала к другому.
Широкий выбор различных сталей, применяемых для сварки, который обусловлен большому числу разновидностей выпускаемых марок электродов.
Простота и транспортабельность отличают сварочное оборудование.

Недостатки ручной дуговой сварки

• Довольно низкие КПД и производительность в сравнении с другими технологиями сварки.
• Квалификация сварщика сильно влияет на качество сварных соединений.
• Сварка характеризуется вредными условиями работы.