Сварка электродом и сила тока: ключевые моменты

Общая информация

Главную роль в сварке играет дуговой разряд, обладающий высокой температурой. Для его создания электрод и заготовки подключают к источнику напряжения. Разряд плавит металл кромок деталей, и тот сливается в одно целое.

Переносчиками заряда в дуге являются ионизированные атомы, молекулы и свободные электроны. С увеличением их количества горение улучшается. Для этого в обмазку электродов вводят компоненты с низким потенциалом ионизации.

Согласно закону Ома, через поперечное сечение любого участка неразветвленной цепи за единицу времени протекает одинаковое количество заряда. Отсюда следует, что сила сварочного тока ограничена значением, максимально допустимым для данного аппарата.

Для соединения заготовок методом плавления используют 2 вида напряжения:

• постоянное;
• переменное.

Первое обеспечивает более качественные швы и соединения, металл меньше разбрызгивается.

Для соединения заготовок используют постоянное и переменное напряжение.

Расчет сварки

Чтобы понимать суть, неплохо было бы научиться рассчитывать режим сварки. Мы научим вас производить расчет режимов ручной дуговой сварки, поскольку эта статья посвящена именно РДС. Естественно, расчет для сварки полуавтоматом или любым другим методом будет другим. Но в рамках одной статьи невозможно раскрыть все способы расчета. Так что остановимся на РДС.

Сварочный ток

Сила сварочного тока — один из важнейших параметров. Ведь чем выше сила тока, тем быстрее металл нагревается и плавится. А высокая скорость плавления не всегда на руку, но об этом мы поговорим позже. Также при большой силе тока может образоваться перегрев электрода и детали, появятся прожоги.

Боясь совершить такие ошибки новички часто просто устанавливают минимальное значение силы тока, усложняя тем самым себе задачу. В итоге они получают не проваренные швы и нестабильное горение сварочной дуги. В худшем случае сварка просто прерывается, поскольку дуга погасает.

Если вы начинающий сварщик, можете воспользоваться таблицей снизу.

А для всех практикующих мастеров предлагаем использовать следующую формула расчета сварочного тока:

где К – коэффициент, dЭ – диаметр электрода, в миллиметрах.

Коэффициент («К») зависит от диаметра электрода («dЭ»). Чтобы узнать коэффициент посмотрите таблицу ниже:

Помимо силы важно правильно установить полярность и род тока. Здесь важно учитывать следующие особенности: если установить обратную полярность, то глубина сварки увеличится примерно на 30-40%. И наоборот, если использовать прямую полярность. Также происходит и при работе с постоянным током, глубина провара увеличивается примерно на 10-15%. А при переменном токе наоборот снижается.

Большинство опытных сварщиков устанавливают полярность и род тока по своему усмотрению. Они наблюдают за горением дуги, ее стабильностью. И исходя из этого уже выбирают данные значения.

Скорость сварки

Расчет скорости сварки необязательно проводить с помощью формул. Можно обратиться к нормативным документам, ГОСТам. В них прописана скорость сварки для каждого типа металла. На эти значения можно смело ориентироваться. Идеальным считается шов, который не имеет не проваренных участков или прожогов. Не должно быть наплывов. Также считается, что ширина качественного шва должна получиться в 2 раза больше, чем ширина используемого электрода.

Также не лишним станет понимание, что происходит с металлом при повышении или понижении скорости сварки. Если скорость слишком большая, то металл просто не нагреется до нужной температуры и швы получатся не проваренными. А значит, хрупкими и недолговечными. Ну а если скорость слишком маленькая, то металл будет сильно плавиться, образуются наплывы. Словом, стремитесь к золотой середине.

Диаметр электрода

С диаметром электрода все более-менее просто. Чем толще металл, тем больше диаметр электрода. Ниже таблица с примерными значениями.

Техника безопасности при сварке

Нормативы устанавливают следующие правила:

1. Сварщик надевает специальный костюм, рукавицы из искростойкого материала, закрытую обувь на резиновой подошве. Они защищают кожу от брызг расплавленного металла и жесткого ультрафиолетового излучения дуги. Лицо закрывают маской с темным стеклом. Глаза необходимо защищать не только от прямых лучей ультрафиолета, но и от боковых бликов (отражения от стен).
2. Пост оборудуют вытяжкой. Если работы ведутся в полевых или монтажных условиях, организуют проветривание. При отсутствии такой возможности сварщик работает в респираторе. Наиболее токсичны электроды с кислым покрытием. Вместо них рекомендуется использовать рутилово-кислые.
3. Если вблизи поста находятся люди, мастер непосредственно перед зажиганием дуги громко произносит слово «глаза». Так он предупреждает их о необходимости отвернуться или защитить органы зрения.
4. При выполнении работ на высоте используют монтажный пояс и другие средства страховки.
5. Соблюдают требования электробезопасности.

Последний пункт включает в себя следующие установки:

1. Перед началом работ проверяют целостность изоляции кабелей и других токоведущих частей. При наличии разрывов, выкрошившихся участков и прочих дефектов пользоваться аппаратом запрещено.
2. При необходимости ремонта, замены расходника, перемещения, а также на время простоя или обеденного перерыва оборудование обесточивают.
3. Подсоединение к сети производят через автомат, защищающий от короткого замыкания.
4. Сварку в условиях повышенной влажности (в бойлерной, градирне, подвале или на улице во время дождя) должен проводить мастер, обладающий соответствующими навыками.

Сварщик надевает рукавицы и специальный костюм.

На что влияет сила сварочного тока

Данная величина определяет количество выделяемой теплоты: Q=(I^2)*R,

Рекомендуем к прочтению Что такое ГОСТ 16037-80

где:

I – ампераж;

R – сопротивление дуги.

Таким образом, от данного параметра зависит глубина плавления металла. Если выбрать его заниженным, шов получается непрочным, имеются непроваренные участки.

Завышенный ампераж приводит к сквозному прогоранию заготовки с последующим вытеканием металла из сварочной ванны.

От чего зависит параметр

Чтобы правильно подобрать величину тока для сварки, необходимо учесть ряд факторов. Для понимания их роли каждый следует рассмотреть подробно.

Толщина электрода

Наиболее важный критерий. С увеличением диаметра расходника ампераж возрастает. Среднее соотношение – 30 А на 1 мм.

Толщина электрода влияет на величину тока для сварки.

На упаковке с расходниками рекомендуемый ток указывают в виде диапазона, например, 80-120 А. Точное значение мастер подбирает опытным путем.

Толщина листа металла

Данный показатель влияет на выбор расходника. С увеличением толщины металла диаметр стержня возрастает. Соответственно увеличивается и ампераж. Это объясняется тем, что для плавления кромок массивных заготовок требуется больше тепла.

Необходимо принимать во внимание фактический размер детали. Если кромки подвергались разделке, т.е. с них срезали фаски, то их толщина в зоне стыка будет меньше. Соответственно снижают и силу тока.

Характеристики шва

Различают 2 способа сварки:

1. Однопроходный.
2. Многослойный.

Второй тип применяется для соединения деталей большой толщины. В каждом слое используют свой диаметр расходника и ампераж. Корневую часть варят электродом 3 мм, затем применяют более толстые стержни.

На выбор силы тока влияние оказывает пространственное положение шва. В зависимости от этого используется рекомендуемая производителем величина:

1. Нижнее – 100% рекомендуемой производителем величины.
2. Вертикальное – 85-90%.
3. Потолочное – 75%.

На выбор силы тока влияет положение шва.
В последнем случае применяют расходники диаметром не более 4 мм.

Полярность тока

При сварке на постоянном токе различают 2 вида полярности:

1 Прямая. Отрицательный полюс источника подсоединяют к расходнику.

2 Обратная. «Минус» подключают к одной из заготовок.

От полярности зависит распределение температур в дуге. С учетом этого регулируют ампераж.

Параметры режима сварки

Основные параметры режима сварки:

· величина и полярность тока;

· диаметр электрода;

· скорость сварки;

· величина поперечного колебания электрода.

Иногда приходится учитывать род тока и температурный режим сварочного процесса. Эти величины относят к дополнительным параметрам. Сюда же относят пространственное положение изделия и угол наклона электрода. Изготовители не часто меняют толщину обмазки, но иногда приходится учитывать и это.

Влияние параметров на качество шва

Величина сварочного тока оказывает значительное влияние на глубину провара. Очевидно, что при увеличении тока происходит увеличение температуры в зоне сваривания и глубины провара. Такое же влияние оказывает изменение полярности сварочного тока на противоположную. Одной только сменой полярности можно добиться увеличения глубины провара на 40%.

Влиянием величины сварочного напряжения на глубину провара можно пренебречь, столь оно незначительно. А вот ширина шва сильно зависит от величины сварочного напряжения: чем больше напряжение – тем шире шов.

Параметры должны задаваться технологами к каждому отдельному случаю сваривания различных деталей. На производствах с налаженным технологическим процессом именно так и происходит. Но, часто сварщику приходится самому выбирать параметры режима, исходя из своих знаний и опыта. Не всегда удается точно «попасть в процесс». В этом случае выручает четкая зависимость глубины провара и ширины шва от величины поперечного колебания электрода. Меняя геометрию колебания, сварщик может подкорректировать неточности расчетов режима сварки и улучшить качество соединения.

Универсальная таблица для определения силы тока

Зависимость ампеража и диаметра расходника от толщины заготовки удобно представить в табличном виде. При этом учитывают взаимное расположение деталей.

Для стыковых соединений

Свариваемые поверхности расположены параллельно друг другу. Устанавливают следующий ампераж:

Для угловых и тавровых соединений

Поверхности заготовок расположены перпендикулярно. Поперечное сечение наплавки имеет вид прямоугольного треугольника с выпуклой гипотенузой. Ампераж устанавливают в соответствии с таблицей:

Подробнее о выборе тока для сварки электродом на практике

Найти оптимальную величину помогут рекомендации опытных сварщиков.

Влияние режима сварки

Параметры, регулирующие процесс, делятся на основные и дополнительные. К первой группе относят:

• скорость перемещения расходника;
• его диаметр;
• напряжение на дуге;
• род, полярность и силу тока.

Рекомендуем к прочтению Как сваривать трубы отопления электросваркой

Напряжение на дуге, полярность и сила тока регулируют процесс сварки.

Дополнительными параметрами являются:

• положение расходника;
• состав и толщина его обмазки;
• ориентация детали.

Все перечисленные факторы называют режимом сварки. Они взаимосвязаны: изменение одной величины влечет за собой коррекцию другой. Например, при необходимости уменьшить тепловложение можно поступить 2 способами:

1. Снизить ампераж.
2. Увеличить скорость перемещения расходника.

Эту взаимосвязь учитывают и при необходимости увеличить производительность. Устанавливают более высокую скорость, одновременно поднимая ампераж.

Оценить влияние каждого фактора математически и вывести соответствующие формулы невозможно. В каждом случае важно приспособиться и подобрать оптимальный ампераж опытным путем.

Длина дуги

Существует линейная зависимость между длиной дуги и напряжением на ней. С ростом первого показателя увеличивается и второй. При этом сила тока и тепловыделение меняются мало.

Длина дуги влияет на напряжение.

С увеличением длины дуги снижается качество шва. Причины следующие:

1. Разряд «гуляет» по поверхности, в результате чего тепло распространяется по большой площади. Соответственно кромки в зоне стыка хуже прогреваются.
2. Расплавленный металл из стержня расходника отскакивает от плохо прогретой поверхности. Увеличивается разбрызгивание, шов получается грязным. В сварочную ванну попадает только часть легирующих элементов.

Оптимальную длину дуги в мм определяют по формуле L=d+0,5, где d – диаметр электрода в мм.

Плавящийся расходник в процессе работы постепенно укорачивается, поэтому держатель понемногу приближают к заготовке.

Прямая или обратная полярность

При сварке на постоянном токе в дуге различают 2 зоны:

1. Анодное пятно. Расположено со стороны положительного полюса источника.
2. Катодное. Находится со стороны «минуса».

Зоны имеют разную температуру. При использовании плавящегося электрода анодное пятно холоднее катодного, поэтому для соединения тонкостенных заготовок поступают так:

1. «Плюс» подключают к свариваемой детали (прямая полярность).
2. Устанавливают минимальную силу тока из рекомендуемого диапазона.

При аргонодуговом методе используют прямую полярность.
Благодаря этому исключается прогорание заготовок.

Для соединения толстостенных деталей нужен сильный прогрев. Для этого:

1. К ним подсоединяют «минус» (обратная полярность при сварке).
2. Устанавливают максимальный ампераж из предлагаемого диапазона.

Этим обеспечивается глубокий провар, соединение получается прочным и надежным.

При использовании тугоплавкого электрода (аргонодуговой метод) наблюдается обратное распределение температур: анодное пятно является более горячим. Данная технология предусматривает только прямую полярность, поскольку на обратной дуга бьет в расходник и тот быстро засоряется. При соединении тонкостенных деталей тепловложение регулируют амперажом и скоростью сварки.

Покрытие электрода

По составу различают 4 вида обмазки:

1. Рутиловая.
2. Основная.
3. Целлюлозная.
4. Кислая.

Покрытие электрода может быть рутиловым.
Основное покрытие отличается от остальных наличием деионизирующего элемента – фтора. Он сокращает число носителей заряда, что затрудняет горение дуги. Для стабилизации этого процесса приходится увеличивать ампераж на 20-30 А. Так, если для сварки рутиловым расходником диаметром 2 мм аппарат настраивают на 40-70 А, то для основного той же толщины – на 60-100 А.

Постоянный и переменный ток

Род тока не влияет на ампераж. Его выбирают по следующим критериям:

1. Если к качеству и прочности шва предъявляются высокие требования, используют постоянное напряжение. Оно характеризуется небольшим отклонением дуги и слабым разбрызгиванием металла. Шов получается ровным и чистым. На постоянном токе дуга горит лучше, имеется возможность регулировать распределение температур путем изменения полярности. Это используется в работе с тонкостенными заготовками и цветными металлами.
2. Если требования к качеству и прочности соединения низкие, применяют переменное напряжение. Оно позволяет снизить затраты, т.к. оборудование для этого вида сварки стоит в 1,5 раза дешевле. Также у него меньше размеры и вес.

Рекомендуем к прочтению Размер зарплаты сварщика

Кроме того, предпочтение переменному току отдают в следующих случаях:

1. Материал заготовок содержит оксиды. Частое изменение направления тока способствует их большему разрушению. Например, на переменном напряжении варят алюминий, т.к. на его поверхности образуется окисная пленка.
2. Поверхность детали загрязнена так, что ее невозможно очистить.

При постоянном токе шов получается ровным.
При выборе рода напряжения учитывают и материал обмазки расходника. На электродах с основным покрытием дуга горит хуже из-за деионизирующего воздействия фтора, поэтому ими можно варить только на постоянном токе. Для прочих разновидностей подходит любой род.

Особенности для инверторов

Главное отличие аппаратов этого типа заключается в наличии особого электронного узла, повышающего частоту сетевого тока до десятков кГц. Это дает следующий результат:

1. Уменьшаются размеры и вес трансформатора.
2. Увеличивается его КПД.
3. Снижается цена (за счет уменьшения материалоемкости).

Электронное управление упрощает настройку силы тока. Ее задают переключателем на инверторе, величину напряжения аппарат выбирает автоматически. Наиболее удобны в работе модели с плавной регулировкой.

Электроника самостоятельно корректирует ампераж при:

1. Зажигании дуги. Функция получила название «Горячий старт» или Hot Start. Ток кратковременно увеличивается на 5-100% номинального, что облегчает возникновение дугового разряда. На дешевых моделях величину превышения производитель устанавливает на свое усмотрение, и изменить ее нельзя. На дорогих параметр задает пользователь. Функция востребована при сварке плохими расходниками, наличии ржавчины и окалины на деталях, нестабильном напряжении в сети.
2. Разрыве дуги или соединении электрода с заготовкой посредством капли расплавленного металла (расходник приваривается). Тоже происходит наброс тока. Это способствует возобновлению горения разряда или отрыву капли от стержня. Функцию называют «Форсирование дуги» (Arc Force).
3. Касании стержнем заготовки. Ампераж сбрасывается, что позволяет оторвать расходник. Название функции – “Антизалипание” (Antistick).

Нужный режим для сварки инвертором подбирают с учетом его мощности. Многие модели относятся к классу бытовых и не рассчитаны на большие токи. Максимальный диаметр расходника для них часто не превышает 2 мм, рекомендуемый ампераж составляет 30-45 А.

Выбор сварочного тока при ручной дуговой сварке

Род и полярность сварочного тока

Увеличение силы сварочного тока способствует росту глубины проплавления (провару). Род сварочного тока и его полярность также влияют на форму и размеры сварного шва. Если сварка металла производится постоянным током обратной полярности, то глубина проплавления получается на 40-50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности из-за того, что на катоде и аноде происходит выделение разного количества теплоты. Сварка переменным током уменьшает проплавление металла на 15-20%, по сравнению со сваркой постоянным током обратной полярности.

Сила сварочного тока

Сила сварочного тока определяется, главным образом, исходя из диаметра электрода. Но на её значение, также, может влиять вылет электрода, состав покрытия и пространственное положение сварного соединения. Увеличение силы сварочного тока способствует увеличению производительности сварочных работ, т.е. количество наплавляемого металла выше.

Но, при излишне большой силе тока для данного диаметра электрода, он перегревается, и это приводит к снижению качества сварки и разбрызгиванию металла. Если сила тока недостаточна для электрода, то электрическая дуга получается неустойчивая, часто обрывается, что приводит к таким дефектам сварного шва, как непровары.

Значение силы тока при сварке конструкционных сталей, вычисляют по следующим формулам: для электродов диаметром менее 3мм: I=30d; для электродов диаметром 4-6мм: I=(20+6d); для электродов диаметром более 6мм: I=(40…50)d;

Где I — сила сварочного тока, А; d — диаметр электрода, мм.

Сила тока при ручной дуговой сварке может очень сильно изменяться: от 50 до 350А. При её расчёте в формулы вносят поправки, в зависимости от свариваемой толщины и пространственного положения сварного соединения.

При толщине свариваемых деталей от 1,3d до 1,6d, силу сварочного тока, найдённую по формулам, снижают на 10-15%. Если толщина свариваемого металла составляет более 3d, то силу тока увеличивают на 10-15%. Для сварки вертикальных швов, а также для сварки потолочных швов, расчётную силу тока снижают на 10-15%.

Влияет ли марка электрода на выбор силы тока

По марке определяют состав обмазки. Например, расходники Уони-13 и ЦУ-5 имеют покрытие основного типа. Они обеспечивают высокие качество и прочность шва за счет отсутствия водорода в металле, но горят хуже других. Поэтому ими варят только на постоянном напряжении, ампераж увеличивают на 20-30 А. Другие расходники не столь требовательны к режиму сварки.

Рекомендуемые параметры для всех изделий указываются на упаковке.

Зная, как подобрать сварочный ток, мастер качественно выполнит работу любым электродом и во всех пространственных положениях.

Тип покрытия электрода

Далее разберем какие типы обмазки электродов существуют, для каких свариваемых материалов и толщин металла используется та или иная обмазка, какие режимы сварки используются. Существует четыре основных типа покрытий: целлюлозный, основной, рутиловый, кислый. Кроме основных видов обмазки сердечника электрода существуют еще смешанные типы обмазки, например, кисло-рутиловая, рутилово-основная, рутилово-целлюлозная или рутиловая смешанная с железным порошком. Электрод маркируется в зависимости от типа обмазки (см. таблицу). Выбор покрытия выбирается исходя из требований к сварному шву и свариваемому материалу. При выборе можно руководствоваться следующими данными:

В таблице приведены примеры марок электродов, опытный сварщик, как правило, при выборе руководствуются собственными предпочтениями. Для начинающего сварщика оптимальным выбором будет использование электродов с основной или рутиловой обмазкой — МП-3, АНО или УОНИ.