Что это и где применяется? Дуговая сварка – это метод обработки, использующий электрическую дугу для выделения тепла, которое расплавляет металл и соединяет его вместе. Этот способ невероятно универсален и может применяться для сварки различных металлов. Используется во многих сферах, таких как ремонт автомобилей или строительство, где две детали должны быть соединены быстро и эффективно.
Почему популярна? Дуговая сварка относительно проста в освоении и применении по сравнению с другими видами. Она также позволяет получать прочные швы, которые обладают высокой устойчивостью к коррозии и усталости. Кроме того, не требует никаких дополнительных инструментов или материалов, кроме базовой установки.
В этой статье:
Что такое дуговая сварка
Сваркой называют формирование неразъемных соединений между элементами конструкции благодаря созданию межатомных связей. Такие соединения могут быть обеспечены методом нагрева, пластического деформирования, то есть давления, либо одновременного использования двух подходов.
К популярным термическим способам, предполагающим применение тепловой энергии, относится электрическая дуговая сварка. Во время ее применения сварочный ток протекает между торцом электрода и изделием при замыкании электросварочного аппарата. Таким образом создается электрическая дуга температурой до +5 000 °C, которая нагревает и плавит металлы.
Ручная дуговая сварка
Ручная дуговая сварка также известна как сварка MMA, РД, РДС и предполагает использование угольного электрода. Она была создана в конце XIX века Николаем Бернардосом, нашим соотечественником, и запатентована в целом ряде европейских стран. Позднее Бернардос изобрел контактную и дуговую сварку с использованием среды защитного газа.
Во всем мире данный метод соединения металлов обозначают как MMA. Сам процесс предполагает формирование швов посредством электрической дуги, которая загорается между электродом и поверхностью металла и при стабильном горении позволяет создать ровный шов. Для ручной дуговой сварки используются металлические электроды длиной до 45 см, выпускаемые из проволоки со специальным покрытием. Таким образом удается защитить зону обработки металла от контакта с кислородом.
Чтобы зажечь дугу, прибегают к постукиванию или чирканью. В первом случае сварщик аккуратно постукивает концом электрода о поверхность металла, а во втором совершает движение, как при зажигании спички о коробок. Под действием температуры дуги плавятся кромка изделия и электрод. Плавление электрода приводит к тому, что его металл образует шов. В процессе работы небольшое разбрызгивание горячего металла считается нормой.
Ручная дуговая сварка
Преимущества и недостатки ручной дуговой сварки
Среди достоинств данного метода необходимо выделить следующие:
- Применяется в различных областях, в том числе в домашних условиях, в промышленности и строительстве. Может задействоваться при создании металлических каркасов, при прокладке трубопроводов и ремонте техники.
- Подходит для работы с черными и цветными металлами. Для ручной дуговой сварки стали, меди, алюминия, чугуна, титана, никеля и иных металлов подбирают аппарат и расходники с необходимыми характеристиками.
- Оборудование имеет простую конструкцию, малые габариты и вес, что позволяет переносить его вручную. Ремонт техники также не представляет сложностей – его можно выполнить самостоятельно, заменив детали.
- Электродуга имеет высокую температуру, поэтому позволяет надежно и с минимальными временными затратами соединять толстые элементы конструкций.
- Нагревается малая часть свариваемого металла – таким образом снижаются энергетические затраты и вероятность деформации изделия.
- Работы могут осуществляться в горизонтальном положении и под углом. Есть электроды, которые применяются именно для сварки в труднодоступных местах.
- Расходники, то есть электроды, доступны по цене.
- Оборудование для дуговой сварки функционирует от бытовой сети 220 В и трехфазной 380 В.
- Инверторные сварочные аппараты имеют относительно низкую стоимость – в пределах $100, если требуется оборудование для мелких бытовых работ.
- Не нужно защищать сварочную ванну от кислорода при помощи подачи дополнительного газа, использования каких-либо веществ. Эту задачу на себя берет флюсовое покрытие электрода.
Однако у ручной дуговой сварки есть и недостатки:
- Присутствует опасность для здоровья, поскольку плавление деталей и электродов сопровождается выделением газов, вредных для человека. Яркий свет дуги опасен для зрения. В процессе работы всегда есть риск сильных ожогов, поражения током.
- Шов может иметь низкое качество, если у сварщика недостаточно опыта.
- Технология отличается от сварки полуавтоматом и автоматом низким КПД и невысокой производительностью.
- Требуется время от времени менять электроды, что часто не лучшим образом влияет на качество шва. Обычно в местах перехода от одного электрода к другому могут появляться кратеры.
- Нужно выбирать подходящие электроды, настраивать оборудование с учетом изготавливаемого изделия. В противном случае высока вероятность, что деталь будет испорчена.
- Электропроводка должна быть надежной, поскольку сварочному прибору иногда требуются очень высокие токи – данный показатель определяется в соответствии с параметрами работы. Проблемы с проводкой чреваты оплавлением изоляции, замыканием, пожаром.
Полуавтоматическая сварка
При данном методе дуговой сварки соединение металлических деталей предполагает параллельную подачу в рабочую зону электродной проволоки и защитного газа. Последний призван обезопасить область сварки от внешнего воздействия – для этих нужд чаще всего применяют углекислый газ и аргон.
Полуавтоматическая сварка активно применяется, поскольку является универсальной, позволяя обрабатывать черные и цветные металлы. Толщина деталей может варьироваться в пределах 0,5–30 мм.
Полуавтоматическая сварка
Плюсы данной технологии дуговой сварки:
- удобство работы;
- высокая степень концентрации электрической дуги, которая обеспечивает наибольшую зону воздействия высокой температуры, минимальную деформацию деталей в процессе обработки;
- возможность сварки вне зависимости от пространственного положения;
- отсутствие прямой связи между опытом сварщика и результатом работы;
- возможность соединения элементов из тонколистовых металлов;
- высокое качество и прочность шва при условии соблюдения технологии;
- проведение сварочных работ с минимальными временными затратами.
Газовая сварка
Эта разновидность дуговой сварки предполагает применение кислорода и горючего газа, например, пропана, бутана, ацетилена, пр. Металл доводят до расплавленного состояния посредством пламени горелки и добавляют в рабочую зону сварочную присадку.
Поскольку материал нагревают постепенно, данный подход является оптимальным для выполнения следующих работ:
- сварка стальных заготовок, имеющих толщину 0,2–5 мм – нужно учитывать, что увеличение толщины металла приводит к снижению производительности;
- скрепление элементов из цветных металлов;
- соединение инструментальных типов стали – их обработка предполагает постепенные нагрев и охлаждение;
- изготовление конструкций из чугуна и ряда специальных видов стали.
Также технология активно используется при ремонте, твердой пайке и наплавочных работах.
Газовая сварка
Плюсы данного вида дуговой сварки:
- отсутствие сложностей в процессе работы;
- осуществление сварки в любом пространственном положении;
- возможность формирования качественных швов при соединении тонких листов;
- доступность обработки заготовок из цветных металлов;
- абсолютная автономность оборудования.
К минусам подхода относятся:
- недостаточно высокая производительность по сравнению с другими методами;
- высокая степень нагрева обрабатываемого металла;
- дорогая аппаратура;
- сложности в обеспечении мобильности оборудования.
TIG-сварка
TIG расшифровывается как Tungsten Inert Gas, то есть ручная дуговая сварка неплавящимся электродом, осуществляемая в среде инертного защитного газа. Здесь чаще всего применяют электроды из вольфрама с различными добавками – конкретный состав расходников подбирается с учетом металла будущего изделия.
Подобная технология считается самой универсальной среди всех методов дуговой сварки, так как подходит для соединения металлов различных структур. Например, позволяет обрабатывать углеродистые, конструкционные и нержавеющие типы стали, алюминий и сплавы на его основе с титаном, никелем, медью, латунью, а также сваривать иные материалы.
При TIG-сварке нужно:
- Зафиксировать электрод в токопроводящем устройстве горелки – к ней по шлангам подводится токоведущий провод и газ. Чаще всего в качестве защитного газа применяют аргон. Он не позволяет внешним факторам воздействовать на электрод, дугу, рабочую зону и область, прилегающую к шву. Подается к месту обработки через сопло горелки.
- Добавить присадочный металл для заполнения шва, если требуется. Для этих целей в дугу подается проволока со структурой, идентичной либо предельно близкой к составу основного металла. По аналогии с методом газовой сварки присадка подается в рабочую зону вручную.
TIG-сварка
TIG-сварка имеет такие плюсы, как высокое качество и аккуратный внешний вид швов. Помимо этого, она обладает рядом других достоинств:
- подходит для сварки тонких металлов – данный процесс относится к наиболее сложным;
- отсутствуют брызги горячего металла;
- работа является простой и безопасной;
- швы получаются эстетичными;
- является оптимальным методом дуговой сварки, если требуется соединение конструкций из алюминия, нержавейки.
К минусам подхода относятся:
- возможность качественного выполнения работы только при наличии навыков использования подобных устройств;
- высокая цена оборудования;
- сложности при передвижении аппарата;
- необходимость в тщательной подготовке к началу работ.
Дуговая сварка различных металлов
- Сталь и чугун
Чтобы обеспечить качественную сварку чугунных элементов, необходимо знать особенности данного металла. Он быстро остывает, так как имеет высокую теплопроводность. Поэтому при сваривании на нем появляется белый налет, не поддающийся обработке.
Чугун обладает низкой пластичностью, что чревато появлением трещин в его структуре из-за перенапряжения дуговой сваркой. В составе данного сплава содержится большая доля углерода, который при плавлении становится окисью СО, вызывая формирование пор в шве.
Перед электросваркой чугуна его поверхность очищают и делают ровной. В противном случае не удастся сформировать качественный шов без трещин.
При работе с данным металлом используют два вида дуговой сварки:
- горячую, которая предполагает предварительное нагревание заготовок.
- холодную, то есть без подогрева.
Первая разновидность делится на полугорячую и горячую и применяется в сфере машиностроения. В большинстве случаев чугун заранее доводят до +250…+650 °C, при превышении +750 °C начинается плавление металла. По этой причине, а также чтобы снизить остаточное напряжение, на чугун воздействуют электродуговой сваркой только на малых токах.
Большая температура может стать причиной резкого охлаждения и растрескивания металла. Чтобы не допустить образования дефектов, чугун охлаждают медленно, помещая в песок либо закрывая теплоизоляторами.
Если используется холодная сварка, специалист должен все время контролировать дугу и постепенно формировать соединение. То есть он работает небольшими участками, длина которых не превышает 2,5 мм. Постепенное охлаждение также является обязательным правилом при такой дуговой сварке труб и иных изделий.
Дуговая сварка различных металлов
- Цветные металлы
Данное направление сварочных работ востребовано в производстве, ремонте транспорта и техники, поскольку многие узлы и детали изготавливаются из цветных металлов.
Медь, латунь, бронзу и алюминий в расплавленном виде характеризует высокая текучесть. В них быстро растворяются газы, например, кислород, запускающий процесс окисления. По этой причине для их сварки не рекомендуют применять плавкие электроды. Такие металлы имеют большой коэффициент температурного линейного расширения, из-за чего структура обрабатываемых дуговой сваркой зон подвержена значительным изменениям.
Для работы с медными сплавами подходят электроды «Комсомолец-100», МН-5 и ОЗБ-1 либо угольные. Также применяют сварочные аппараты постоянного тока и прямую полярность. Добиться хорошего качества сварных швов на медных заготовках позволяет аргонная сварка вольфрамовыми электродами, где в роли присадки задействуют круглые или квадратные медные прутки. При работе с угольными электродами для формирования защитного шлака используют прокаленную до +500…+550 °C буру. Когда сварка завершена, шов необходимо проковать максимум при +500 °C, чтобы повысить его качество.
Латунные детали сваривают при помощи цинковых расходников. Нужно учитывать, что плавление данного металла сопровождается образованием ядовитых паров, поэтому важно использовать респиратор для защиты и организовать вентиляцию.
- Алюминий
Сплавы на его основе даже в обычных условиях сильно окисляются, на поверхности появляется плотная оксидная пленка. Если алюминий плавится при +660 °C, то пленка только при +2 050 °С. Данная особенность в сочетании с высокой текучестью металла в расплавленном виде вызывает сложности при его сварке.
Для проведения работ выбирают электроды и присадочные материалы из близкого по химическому составу сырья. Слой электродов, из которого формируется шлак, включает в себя хлористые и фтористые соли калия и лития. Эти компоненты необходимы, чтобы оксид алюминия быстро ошлаковывался. Дуговая сварка алюминиевых изделий посредством постоянного тока с обратной полярностью позволяет лучше разрушать слой оксидов.
Применение электродов с сечением 4–6 мм требует силы тока 120–150 А. Когда сварка выполнена, с места соединения щеткой по металлу и горячей или подкисленной водой убирают шлак. Таким образом избегают его разъедания. Перед сваркой заготовки обрабатывают аналогичным образом, а также обезжиривают ацетоном либо бензином. Для работы с алюминием применяют электроды ОЗА-1, а для сплавов на его основе задействуют ОЗА-2.
Прежде чем приступать к сварке, изделие доводят до +200…+350 °C – таким образом удается избежать появления трещин на готовом соединении. Чем больше размеры элемента, тем сильнее требуется нагрев. Определить уровень прогрева позволяют специальные карандаши и термопары.
Чтобы запаять трещины, их концы засверливают, а кромки разделывают под прямым углом. В процессе дуговой сварки прибегают к помощи специальных подкладок из глины либо стали, чтобы не допустить растекания горячего алюминия.
Важно длительно и равномерно охлаждать шов, чтобы у него сформировалась мелкозернистая структура. Внутреннее напряжение с кристаллической решетки алюминия снимают, нагревая деталь целиком до +300 °C. Далее ее температуру постепенно снижают, пока она не остынет. Если требуется получить шов высокого качества на конструкции из алюминия, лучшим способом считается аргонная сварка без использования флюса.
Правила безопасности при выполнении сварочных работ
На данный момент при проведении дуговой сварки работодатели и специалисты опираются на правила техники безопасности, разработанные в 2015 году. Кроме того, все те, у кого в хозяйстве есть сварочный аппарат, также должны иметь представление о данных нормах:
- Нельзя отвлекаться в процессе осуществления сварки, чтобы все время контролировать формирование соединения.
- Место проведения работ ограждают защитой высотой 1,8 м, чтобы не навредить случайным прохожим.
- Требуется соблюдать чистоту, не допускается наличие легковоспламеняющихся предметов или огнеопасных веществ в пределах 5 м до места сварки.
- Сварщик обязан использовать защитную маску, которая закрывает глаза и лицо.
- Обязательно оборудуется эффективная система вентиляции, если сварка выполняется внутри помещения. Лишь в исключительных случаях и в течение короткого отрезка времени возможна работа в респираторе.
- Специалист обязан использовать страховочные пояса, если проводит сварку на высоте – свариваемые детали должны быть надежно закреплены, поскольку таким образом можно избежать их падения.
- Сварочное оборудование перемещается только при отключенном электропитании.
- Необходимо следить за кабелями, не допускать их скручивания при выполнении дуговой и иной сварки.
- Кузовные работы на автотранспорте проводятся лишь при отключенном аккумуляторе.
- Сварщик выполняет свои обязанности в спецодежде из плотной, огнеупорной ткани.
Правила безопасности при выполнении сварочных работ
Дуговая сварка позволяет надежно соединять металлические детали, обеспечивая готовым изделиям продолжительный срок службы. Только принимая во внимание все тонкости подобной работы, можно получить прочную конструкцию с аккуратными и малозаметными швами.
