Определимся с названием
Ручная дуговая сварка(РДС) — один из наиболее распространенных методов электродуговой сварки. Следует уточнить, что определения «дуговая» и «ручная» могут относиться и к другим подобным технологиям, осуществляемым вручную с помощью электрической дуги. Например, аргонная сварка (TIG) тоже является дуговой и чаще всего выполняется ручным способом. Однако в аргонодуговом процессе работает неплавящийся электрод, присадочный материал подается отдельно, а рабочая зона закрыта поступающим в горелку защитным газом. Это более сложно организованная технология.
Под ММА прежде всего подразумевают сварку осуществляемую плавящимся покрытым электродом, который служит одновременно и проводником энергии, и присадочным материалом, вводимым в сварочную ванну в дополнение к расплавленному металлу изделия. При этом покрытие электрода играет роль газовой защиты: входящие в его состав элементы увеличивают стабильность горения дуги и защищают рабочую зону от окисления. Такие электроды называют штучными, они подбираются в зависимости от вида свариваемых материалов и требуют своевременной подачи. Их установка в электрододержатель производится вручную.
Итак, технология ММА (Мanual Мetal Аrc) — это ручная дуговая сварка плавящимся покрытым электродом. Это классический метод, появившийся еще в XIX веке. До недавнего времени эта технология была основной. Но сегодня ее используют преимущественно для создания несложных или неответственных конструкций.
ММА отличается простотой технологического процесса и экономичностью расходных материалов. Помимо промышленного использования, метод широко распространен в сфере бытового ремонта и создания несложных металлоконструкций: скамеек, мангалов, качелей и пр. Он незаменим в условиях, невозможных для применения других технологий. ММА подходит там, где важна надежность соединений и допустимы эстетические изъяны сварного шва. При условии правильного подбора электродов эта технология позволяет соединять разные виды металлов: углеродистых сталей обычного качества, качественных сталей с различным содержанием марганца, низколегированных и легированных, жаропрочных и жаростойких сталей, чугуна и цветных металлов.
Описание процесса
Постукиванием или чирканьем электрода о металл изделия сварщик возбуждает дугу в месте соединения и поддерживает ее горение, расплавляя кромки основного металла и электрод. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну. Пространство между соединяемыми деталями заполняется жидким металлом кромок и электрода, происходит смешивание металлов в одной ванне. Вместе со стержнем электрода плавится его покрытие, образуя защитную газовую атмосферу вокруг дуги и жидкий шлак на поверхности расплавленного металла. По мере продвижения дуги вдоль линии стыка сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов. Жидкий шлак преобразуется в твердую корку.
Технологические особенности
В процессе ручной дуговой сварки мастер выполняет два основных действия: установку электрода по мере его расплавления и перемещение дуги. Дугу перемещают в трех направлениях: по оси электрода — для поддержания длины дуги; вдоль линии соединения — для образования шва; поперек соединения — для получения нужной ширины шва.
ММА возможна при разных положениях сварного соединения в пространстве. В международной практике для этого приняты особые стандарты и обозначения:
- PA — сварка в нижнем положении стыкового соединения или таврового соединения в положении «в лодочку»;
- PB — в нижнем положении таврового соединения в положении «в угол»;
- PC — горизонтальный шов стыкового соединения на вертикальной плоскости;
- PD — угловой шов в потолочном положении в положении «в угол»;
- PE — стыковое соединение в потолочном положении;
- PF — вертикальный шов снизу вверх;
- PG — вертикальный шов сверху вниз.
Соответственно этим стандартам производят и штучные электроды для РДС.
Преимущества ручной дуговой сварки
- Оборудование для ММА относительно компактное, несложное по составу и устройству. Оно недорого стоит, неприхотливо в эксплуатации и ремонтопригодно.
- Метод ММА делает возможной работу в труднодоступных местах, она не имеет ограничений для положения в пространстве.
- Широкий выбор электродов с различным покрытием обеспечивает сварку разных видов стали, чугуна и цветных металлов.
- Технология и оборудование ММА допускают работу в любых атмосферных и температурных условиях.
Недостатки
- Метод ММА неприменим для тонколистовых металлов. Диапазон толщин — от 2 до 10 мм.
- Вид шва и качество соединения при ручной сварке максимально зависят от квалификации мастера.
- Могут быть сложности, связанные с розжигом дуги и риском прилипания электрода к металлу. Справиться с ними могут сварочные аппараты инверторного типа.
- Необходимость зачистки сварного шва от шлака и окалины.
- Вредное воздействие самого процесса на окружающих (испарения обмазки электрода, плавильные брызги).
Оборудование для ММА
Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и постоянного тока (сварочные выпрямители и инверторы).
Трансформаторы являются классикой в ручной сварке. Они работают на переменном токе с низким выходным напряжением и большим допустимым током.
Это могут быть однофазные и трехфазные сварочные аппараты. Первые работают при входящем напряжении 220 В и используются в основном в домашних условиях. Вторые подключаются к сети с напряжением 380 В и применяются, как правило, на производстве. Увеличенная сила тока позволяет варить металлические изделия большой толщины. Существуют модели, способные работать от сети в 220 В и 380 В.
Регулирование тока в сварочном трансформаторе может быть амплитудным или фазным (с помощью тиристоров). Тиристорный фазорегулятор значительно улучшает технические характеристики трансформатора. Кроме тиристеров, улучшенные модели сварочного трансформатора могут быть оснащены другими дополнительными компонентами, расширяющими его функционал и повышающими качество работы: конденсаторами, дополнительными вторичными обмотками, импульсными стабилизаторами.
Среди достоинств трансформаторов для сварки называют:
- простоту устройства, оптимальную ремонтопригодность;
- невысокую стоимость аппарата, запчастей к нему и обслуживания;
- мощность, позволяющую соединять металлы большой толщины;
- неприхотливость в уходе и хранении.
Основные недостатки:
- затрудненное зажигание;
- нестабильность дуги, обусловленная свойствами переменного тока;
- невозможность сварки нержавеющей стали и цветных металлов;
- высокий уровень шума;
- сильное разбрызгивание металла;
- высокая энергозатратность;
- необходимость стабильности сети.
При всех минусах сварочные трансформаторы по-прежнему востребованы в профессиональной области, у сварщиков-любителей «старой школы». Среди аппаратов этого типа есть компактные ручные модели, комплектуемые наплечными ремнями, и крупные промышленные установки. Кроме того, это могут быть однопостовые и многопостовые установки. Первые рассчитаны на один сварочный кабель, вторые позволяют подключать до шести кабелей, что позволяет работать нескольким работникам одновременно.
Сварочные выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный в трехфазной сети, что гарантирует более устойчивую дугу без прерываний и скачков во время работы, увеличенную глубину плавления. В результате обеспечивается:
- возможность эффективной сварки цветных металлов, теплоустойчивых металлических сплавов и чугуна;
- получение шва достойного качества;
- незначительное разбрызгивание материала;
- низкий уровень шума.
Недостатки сварочных выпрямителей:
- невысокий КПД (около 80 %);
- трудности с подключением к обычной сети (оптимальные показатели сварочного тока дает только подключение к сети 380 В);
- высокая стоимость;
- большая энергозатратность;
- сложность конструкции, которая существенно затрудняет ремонт оборудования.
Из-за крупных габаритов и неповоротливости установки этого типа чаще используются на производстве.
Инверторные сварочные аппараты — это современное направление в развитии сварочной техники на базе полупроводников. Сварочные инверторы обладают теми же возможностями, что и сварочные выпрямители, но при этом обладают рядом существенных преимуществ:
- Небольшой вес и компактность (от 4 до 10 кг).
- Высокий КПД, обусловленный минимальными потерями тока.
- Небольшая нагрузка на сеть и низкое энергопотребление (в два раза ниже, чем у сварочных трансформаторов и выпрямителей).
- Возможность стабильной работы при пониженном питающем напряжении с сохранением всех основных рабочих параметров.
- Плавная регулировка режимов в широком диапазоне токов и напряжений. Это позволяет использовать самый малый ток с самыми тонкими электродами.
- Электронное управление, которое помогает контролировать параметры дуги в процессе работы, что позволяет производить качественную сварку даже новичкам.
- Наличие дополнительных функций, таких как HotStart, Anti-Stick и ArcForce, которые облегчают поджиг дуги, предотвращают залипание электрода и стабилизируют горение дуги. Эти функции также особенно важны для неопытных сварщиков.
- Минимальное разбрызгивание.
Условными недостатками можно считать высокую стоимость аппарата и сложность ремонта, т. к. наличие микропроцессора усложняет самостоятельное устранение неисправностей. Кроме того, они чувствительны к наличию влаги, пыли и низким температурам.
Электроды для ММА
Штучный электрод для ручной дуговой сварки представляет собой металлический стержень с нанесенным на его поверхность составом. Такое электродное покрытие включает в себя ряд компонентов и обеспечивает:
- стабильное горение дуги;
- защиту металла в рабочей зоне от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха;
- образование шлака на поверхности сварочной ванны;
- раскисление металла сварочной ванны путем введения химических элементов более активных к кислороду, чем железо;
- легирование металла шва за счет введения в покрытие легирующих компонентов.
Многочисленные виды покрытых электродов предназначены для разных условий. Поэтому в каждом случае электроды подбираются по составу и толщине покрытия, по типу соединяемых металлов и по допустимым пространственным положениям сварки. Кроме того, электроды классифицируются по роду и полярности применяемого тока сварки, а также по номинальному напряжению используемого источника питания.
Заключение
Конечно, сегодня суперсовременные сварочные технологии позволяют во многом оптимизировать процесс сварки, сделать его более эффективным, аккуратным, легкоуправляемым. Но пока существуют простые и доступные каждому сварочные устройства, будет востребована и старая добрая ручная дуговая сварка. Тем более, что есть ситуации, когда без нее трудно обойтись:
- на открытом пространстве, в труднодоступных местах;
- если оборудование должно быть мобильным и простым в использовании;
- если работа должна происходить в экстремальных природных и погодных условиях;
- когда возможность соединить детали оказывается важнее эстетики шва.
А при условии правильно выбранного аппарата и соответствующих электродов можно значительно оптимизировать процесс.