Тест по ПМ.01 «Подготовительно – сварочные работы» МДК.01.02.

Выбор режима сварки: сила тока, длина дуги, полярность
Чтобы получить качественный и надежный сварочный шов, необходимо понимать, какие электроды лучше всего использовать, какой режим ручной дуговой сварки выбрать. Кроме того, важно учитывать и другие, не менее значимые факторы, такие как: состав и толщину металла, размеры свариваемой заготовки, для каких целей именно она будет использоваться в дальнейшем.

В общем, режим сварки подбирается согласно многим факторам и после анализа полученных данных. Рассмотрим в данной статье сайта основные факторы, которые в той или иной мере, способны повлиять на выбор режима.

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.

Основные и дополнительные параметры режима сварки

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода, сила сварочного тока, а также его род и полярность, напряжение электрической дуги и скорость сварки.

К дополнительным параметрам относят такие показатели, как величина вылета электрода, состав и толщина защитного покрытия на нём, положение электрода и пространственное расположение сварного соединения (т.е. как выполняется сварка: сварка вертикальных швов, сварка горизонтальных швов, сварка потолочного шва и т.д.).

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 Технология сварки арматуры

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.

Длина сварочной дуги

Чтобы добиться хорошего соединения, важно правильно определиться не только с диаметром электродов для сварки, но и длиной сварочной дуги. Среди сварщиков бытует распространенное мнение, что длина дуги, должна соответствовать диаметру применяемого электрода. Однако начинающим электросварщикам очень сложно выдерживать такую короткую дугу, без её увода в сторону.

Поэтому при подборе данного значения, следует отталкиваться от силы тока и диаметра используемых электродов для сварки:

• Для электродов до 2 мм — длина дуги составляет 2-2,5 мм;
• Для электродов 3 мм — длина дуги составляет 3,5 мм;
• Для электродов 4 мм — длина дуги составляет 4,5 мм;
• Для электродов 5 мм — длина дуги выдерживается в пределах 5,5 мм.

Кроме этого, важно учитывать и оптимальную скорость сварки, которая также, во многом зависит от силы тока, и других особенностей. Здесь можно пойти одним проверенным путем, и при правильном подборе скорости сварки, сварочный шов должен получиться приблизительно в два раза больше диаметра используемого электрода.

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 Подводная сварка

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 Описание метода радиографической дефектоскопии

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 режима ручной дуговой сварки

Дуговую сварку контролируют ряд параметров, а именно:

• сварочный ток
• напряжение дуги
• скорость сварки
• род и полярность тока
• положение шва в пространстве
• тип электрода и его диаметр

Поэтому перед началом работы следует подобрать значения этих параметров так, чтобы сварочный шов получился требуемого размера и хорошего качества.

1.1 Сварочный ток (выбор сварочного тока посредством подбора диаметра электрода)

Важнейшим параметром при работе ручной дуговой сварки является сила сварочного тока. Именно сварочный ток будет определять качество сварочного шва и производительность сварки в целом.

Обычно рекомендации по выбору силы сварочного тока приведены в инструкции пользователя, которая поставляется в комплекте со сварочным аппаратом. Если таковой инструкции нет, то силу сварочного тока можно выбрать в зависимости от диаметра электрода. Большинство производителей электродов размещают информацию о величинах сварочного тока прямо на упаковках своей продукции.

Диаметр электрода подбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия. Однако помните, что увеличение диаметра электрода уменьшает плотность сварочного тока, что приводит к блужданию сварочной дуги, её колебаниям и изменениям длины. От этого растет ширина сварочного шва и уменьшается глубина провара – то есть качество сварки ухудшается. Кроме того, уровень сварочного тока зависит от расположения сварочного шва в пространстве. При сварке швов в потолочном или вертикальном положении рекомендуется диаметр электродов не меньше 4 мм и понижение силы сварочного тока на 10-20 %, относительно стандартных показателей тока при работе в горизонтальном положении.

Таблица 1.1

1.2 Напряжение дуги (длина сварочной дуги)

После того, как сила сварочного тока определена, следует рассчитать длину сварочной дуги. Расстояние между концом электрода и поверхностью свариваемого изделия и определяет длину сварочной дуги. Стабильное поддержание длины сварочной дуги очень важно при сварке, это сильно влияет на качество свариваемого шва. Лучше всего использовать короткую дугу, т.е. длина которой не превышает диаметр электрода, но это достаточно тяжело осуществить даже при наличии солидного опыта. Поэтому оптимальной длиной дуги принято считать размер, который находится между минимальным значением короткой дуги и максимальным значением (превышает диаметр электрода на 1-2 мм)

Таблица 1.2

1.3 Скорость сварки

Выбор скорости сварки зависит от толщины свариваемого изделия и от толщины сварочного шва. Подбирать скорость сварки следует так, что бы сварочная ванна заполнялась жидким металлом от электрода и возвышалась над поверхностью кромок с плавным переходом к основному металлу изделия без наплывов и подрезов. Желательно поддерживать скорость продвижения так, что бы ширина сварочного шва превосходила в 1,5-2 раза диаметр электрода.

Если слишком медленно перемещать электрод, то вдоль стыка образуется достаточно большое количество жидкого металла, который растекается перед сварочной дугой и препятствует её воздействию на свариваемые кромки – то есть результатом будет непровар и некачественно сформированный шов.

Неоправданно быстрое перемещение электрода тоже может вызывать непровар из-за недостаточного количества тепла в рабочей зоне. А это чревато деформацией швов после охлаждения, вплоть до трещин.

Наиболее простой способ подбора скорости сварки ориентирован на приблизительно среднее значение размеров сварочной ванны. В большинстве случаев сварочная ванна имеет размеры: ширина 8–15 мм, глубина до 6 мм, длина 10–30 мм. Важно следить, что бы сварочная ванна равномерно заполнялась плавленным металлом, т.к. глубина проплавления почти не изменяется.

На рисунке видно, что при увеличении скорости заметно уменшается ширина шва, при этом глубина проплавления остается почти неизменной. Очевидно, что наиболее качественные швы (в этом примере) – при скоростях 30 и 40 м/ч.

1.4 Род и полярность тока

У большинства моделей бытовых аппаратов для ручной дуговой сварки на выходе путем выпрямления переменного тока образуется постоянный сварочный ток. При использовании постоянного тока возможны два варианта подключения электрода и детали:

• При прямой полярности деталь подсоединяется к зажиму «+», а электрод к зажиму «-»
• При обратной полярности деталь подключается к «-», а электрод – к «+»

На положительном полюсе выделяется больше тепла, чем на отрицательном. Поэтому обратную полярность при работе с электродами применяют во время работ по сварке тонколистового металла, чтобы его не прожечь. Можно использовать обратную полярность при сварке высоколегированных сталей во избежание их перегрева, а на прямой полярности лучше варить массивные детали

Низколегированные стали — это конструкционные стали, в которых содержится не больше 2,5% легирующих элементов (углерода, хрома, марганца, никеля и т.д., причем углерода не должно быть более 0,2 %), широко применяются в строительстве, судостроении, трубопрокатном производстве. Сварку низколегированных сталей можно производить как ручным способом, так и автоматически, вне зависимости от полярности тока.

1.5 Зажигание (возбуждение) сварочной дуги

Зажигание (возбуждение) сварочной дуги можно производить 2-мя способами.

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.

Источники питания

В настоящее время по роду электричества может применяться сварка переменным и постоянным током. Важно не только правильно выбрать режим сварки и толщину электрода, но и подобрать нужный источник питания. Давайте рассмотрим самые распространенные источники сварочного тока и узнаем в чем их отличия:

Сварочные трансформаторы

Создают сварочный ток просто понижая сетевое напряжение. Это определяет и

х хорошую надежность и дешевизну. Сварка переменным током с использование трансформаторов подходит наилучшим образом для работы с низкоуглеродистыми сталями. Огромным изъяном является его большой вес и огромные энергозатраты, что пагубно для обычных электро сетей. При уменьшении напряжения до 160-180 В данные источники питания не работают.

Сварочные выпрямители

Преобразовывает сетевое напряжение с дальнейшим его выпрямлением используя диодные или тиристорные блоки. Данные источники питания очень просты и имеют высокую надежность. Применяют для сварки фактически любых сталей и сплавов различными типами электродов. При работе данной сваркой образование брызг металла происходит в меньшей мере ч

ем у трансформатора, при этом замечается лучшее горение дуги и ее устойчивость, поэтому сварной шов получается лучше. Затраты на электроэнергию у него выше трансформатора, так как некая доля энергии теряется на диодном блоке. Работать данным аппаратом в местах где возможно понижение напряжения к 180 вольтам также невозможно.

Сварочные инверторы

Их принцип базируется на превращении переменного тока на входе прибора в постоянный, далее с помощью транзисторных ключей постоянный перерабатывается в переменный с частотой выше 50 кГц и поступает к высокочастотному трансформатору с последующим выпрямлением. Данные

источники питания обладают совершенными характеристиками выходного импульса подходящего под различные типы сварки. Выпрямитель имеет низкое энергопотребление и высокий КПД (более 85%), из-за чего нагрузка на сеть снижается во много раз. Аппарат снабжается разнообразными функциями такими как легкое образование дуги, не залипание электродов, «горячий старт»и т.д. Инвертор может работать с любыми видами электродов по всем маркам стали.