На качественное формирование сварного шва влияют следующие параметры:

• величина и подбор сварочного тока;

• зажигание сварочной дуги;

• угол наклона электрода;

• скорость сварки;

• длина дуги;

• манипулирование электродом;

• заварка кратера и обрыв дуги.

Умелое применение и сочетание этих параметров, что в значительной степени и составляет мастерство сварщика, позволяет выполнить прочный и красивый сварной шов.

Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сваривания металла. Такими параметрами являются сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, род и полярность тока. Дополнительные параметры: положение шва в пространстве; число проходов; температура окружающей среды.

Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра электрода, который, в свою очередь, выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия. На диаметр электрода влияют также тип сварного соединения, положение шва в пространстве, размеры детали, состав свариваемого металла. При сварке встык металла толщиной до 4 мм применяют электроды диаметром, равным толщине свариваемого металла. При сварке металла большой толщины применяют электроды ∅ 4–8 мм при условии обеспечения провара основного металла. В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом ∅ 3–4 мм, последующие слои – электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

Ориентировочный расчет силы сварочного тока делают по следующим формулам:

• для электрода ∅ 3–6 мм сварочный ток I = (20 + 6dэ) × dэ × k;

• для электрода ∅ < 3 мм сварочный ток I = 30 × dэ × k.

Коэффициент k при выполнении швов в нижнем положении принимают равным 1, вертикальных швов – 0,9, потолочных швов – 0,8. Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. Следует учесть, что зависимость между диаметром электрода и силой тока может быть не прямой и, в зависимости от вида стали и применяемых электродов, приходится вводить поправки.

Наконец, формирование валиков при одной и той же величине сварочного тока будет разным, если они выполнены на разных толщинах. Поэтому окончательный подбор тока необходимо производить на технологической планке, толщина которой близка к толщине сварочного изделия. Например, для изделия толщиной более 10 мм сварочный ток, подобранный на тонкой пластине, будет незначительным для хорошего формирования валика. Прогревание основного металла в этом случае меньше, соответственно, растекаемость жидкой ванны незначительна, что и сказывается на форме и чешуйке сварного шва. Необходимо добавить 10–20 А или подобрать сварочный ток на соответствующей планке.

Род и полярность тока выбирают в зависимости от способа сварки и свариваемых материалов. Прямую полярность («—» на электроде) используют при сварке с глубоким проплавлением основного металла; низко– и среднеуглеродистых и низколегированных сталей толщиной 5 мм и более электродами с фтористо-кальциевым покрытием (марок УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55 и др.); чугуна.

Обратную полярность («+» на электроде) используют при сварке с повышенной скоростью плавления электродов; низколегированных низкоуглеродистых сталей (типа 16Г2АФ); средне– и высоколегированных сталей и сплавов; тонкостенных листовых конструкций.

Переменный ток используют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей (типа 09ГС) в строительно-монтажных условиях электродами с рутиловым покрытием; в случаях возникновения магнитного дутья; толстолистовых конструкций из низкоуглеродистых сталей.

При этом следует учитывать влияние силы сварочного тока, напряжения дуги и скорости сварки на форму и размеры шва. С увеличением сварочного тока глубина провара увеличивается, а ширина шва почти не изменяется.

С повышением напряжения ширина шва резко увеличивается, а глубина провара уменьшается. Это важно учитывать при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и выпуклость шва. При одном и том же напряжении ширина шва при сварке на постоянном токе (особенно обратной полярности) значительно больше, чем ширина шва при сварке на переменном токе.

После подбора сварочного тока наибольшее влияние на качество сварного шва оказывает зажигание дуги и начало сварки.

Существует два способа зажигания сварочной дуги.

Первый способ – способ тычка, или короткого замыкания (рис. 6.11, а). После короткого соприкосновения торца электрода с изделием необходимо произвести отрыв его на высоту, равную диаметру электрода или чуть больше. Такой способ зажигания дуги легко применять электродами с качественно изготовленными торцами. Недостаток способа тычка заключается в возможности прилипания электрода к изделию. Это происходит при длительном коротком замыкании (КЗ) (положение II) либо при отрыве электрода из положения II в положение III на длину бо́льшую, чем диаметр электрода, с последующим чрезмерным укорачиванием длины дуги; так как дуговой разряд еще не стабилизировался, происходит залипание электрода с изделием. Избежать залипания можно путем плавного укорачивания дугового разряда до необходимой длины дуги после ее стабилизации. Отрывать прилипший электрод следует резким поворачиванием его вправо и влево.

Второй способ – способ чирка, когда электродом вскользь чиркают, как спичкой, по поверхности металла. Чиркать надо в направлении сварки, чтобы не оставлять лишних следов. При поступательном движении электрода, как показано на рис. 6.11, б, после соприкосновения торца электрода с изделием и после появления искрения надо приподнять электрод для возникновения сварочной дуги. После стабильного горения перейти на необходимую длину дуги (h = диаметр электрода). Данный способ исключает прилипание электрода к изделию. Если электрод все же прилип, скорее всего, его покрытие повреждено. В этом случае надо сжечь выступающий из-под покрытия край электрода.

а – способом тычка; б – способом чирка

В случае появления стартовых пор (видимых невооруженным глазом) или прилипания электрода к изделию при зажигании сварочной дуги необходимо прекратить начало сварки и выбрать (вырубить) место зажигания подручными средствами (зубилом, болгаркой и др.). После этого нужно обжечь электрод на технологической пластине, быстро и аккуратно удалить незастывший шлак с торца электрода путем легкого постукивания электродом обо что-либо твердое (дерево, наждачный круг, металлическую планку, изолированную от изделия, или прочий подручный материал) и после этого возобновить зажигание сварочной дуги. Не рекомендуется переплавлять нечеткое зажигание сварочной дуги, так как это может привести к дефектам в месте зажигания (стартовые поры, зашлаковка, непровар).

Зажигание сварочной дуги на изделии для продления сварного шва производится впереди кратера (рис. 6.12). Путь от положения 1 до положения 5 следует выполнять быстро, чтобы не получить валик в этом месте. Времени от начала зажигания дуги и до начала сварки обычно достаточно для того, чтобы сориентироваться, где начать наложение первой чешуйки металла шва. Начало сварки следует выполнять на застывшем кратере в верхней ее части, стараясь соединить край жидкой ванны с последней чешуйкой закристаллизовавшегося шва, предварительно обив кратер от застывшего шлака.

Начало сварки внизу кратера приводит к большим и глубоким перепадам между чешуйками в местах смены электродов. Начало сварки на самой вершине кратера приводит к бугристости сварного шва. Такие углубления и бугры создают трудности при сварке последующего слоя и способствуют появлению дефектов. Кроме этого, необходимо выполнить ряд дополнительных условий.

Должны отсутствовать или быть незначительными перепады в местах стыковки.

При наведении жидкой ванны необходимо проследить за тем, чтобы ее граница совпадала с последней чешуйкой предыдущего валика.

Наклон электрода в начале сварки должен быть равным или больше 90° к поверхности кратера, что не позволяет жидкому шлаку стекать вниз кратера. Скорость продвижения электрода от позиции 1 должна быть чуть быстрее, чем скорость сварки. В позиции 2 необходимо произвести задержку для проплавления места перехода кратера с основным металлом и после этого начать наложение сварного валика с определенной скоростью.

Все вышеперечисленное позволяет производить сварку (наплавку) с минимальными перепадами и повышает производительность труда.

Угол наклона электрода по отношению к изделию и направлению сварки значительно влияет на качественное формирование сварного шва. Защиту сварочной дуги и жидкой ванны металла шва от окружающей среды осуществляют газовый пузырь и жидкий шлак. Шлак поддерживает в жидком состоянии металл шва более длительное время (2–3 с). За это время в более полной мере протекают металлургические процессы, успевают в основном выйти из металла шва газы и шлаки.

Поддержание металла шва в жидком состоянии более длительное время позволяет сформировать валик правильной формы, с плавным переходом к основному металлу и равномерными чешуйками с минимальными перепадами между ними. Исходя из вышесказанного, очень важно, чтобы жидкий шлак укрывал жидкий металл шва сразу за дугой, как бы накрывая сварной шов «одеялом», сохраняя при этом тепло и отдаляя время начала кристаллизации шва. Это обеспечивается углом наклона электрода по отношению к направлению сварки. Существуют три положения наклона электрода по отношению к направлению сварки:

1. Сварка под прямым углом (рис. 6.13, а).

2. Сварка углом вперед (рис. 6.13, б).

3. Сварка углом назад (рис. 6.16, в).

Первое («прямое») положение электрода позволяет жидкому шлаку двигаться следом за сварочной ванной, накрывая жидкий металл шва, что способствует качественному формированию сварного шва. Незначительная часть шлака все же появляется впереди электрода, но не оказывает помехи процессу сварки. Впереди идущий жидкий шлак легко вытесняется по обе стороны валика сварного шва более тяжелым жидким металлом шва. В том случае, когда все-таки шлак впереди начинает мешать процессу сварки, необходимо сделать наклон электрода в сторону направления сварки до восстановления нормального процесса. Под прямым углом электрод держат обычно при необходимости варить в труднодоступных местах, а также при потолочной сварке.

а – сварка под прямым углом; б – сварка углом назад; в – сварка углом вперед

При сварке углом назад силой давления сварочной дуги жидкий шлак вытесняется назад и отстает от жидкой сварочной ванны. Появляется оголенный участок жидкого металла шва и происходит быстрое остывание (кристаллизация) сварного шва. В этом случае валик получается с неравномерными чешуйками и значительными перепадами.

Необходимо выровнять положение электрода до момента, когда жидкий шлак будет следовать сразу за электродом. Сварка углом назад предпочтительна при работе с угловыми и стыковыми соединениями. Она позволяет увеличить глубину провара и высоту выпуклости, но при этом уменьшается ширина шва. Прогрев кромок недостаточен, поэтому возможны несплавления и образование пор.

При сварке углом вперед впереди электрода следует жидкий шлак, мешающий процессу сварки. Он накапливается в большом количестве, натекает на холодный металл и подстывает. Сварочная дуга начинает блуждать, а иногда и гаснуть. Сварной шов становится неровным, с пропусками проплавления по краям, а иногда и в середине шва. В этом случае необходимо выровнять положение электрода до вертикального. Метод углом вперед применяется в горизонтальных, вертикальных и потолочных швах, а также при сварке неповоротных стыков труб. При сварке таким методом уменьшается глубина провара и высота выпуклости шва, но заметно возрастает его ширина, что позволяет сваривать металл небольшой толщины. Лучше проплавляются кромки, поэтому возможна сварка на повышенных скоростях.

Электродами с рутиловым покрытием типа МР, АНО и др. сварку следует производить только углом назад ввиду большого количества шлака и высокой его жидкотекучести. При сварке угол наклона электрода с рутиловым покрытием к изделию всегда меньше, чем электрода с основным покрытием.

В каждом конкретном случае необходимо выбирать такой угол наклона электрода, чтобы силой давления дуги не позволять жидкому шлаку «сзади отставать и вперед забегать». Поэтому, в зависимости от многих факторов, угол наклона электрода определяет только сварщик.

Скорость движения электрода по направлению сварки тоже влияет на качество и геометрические размеры сварного шва, его форму и глубину проплавления.

Необходимо выбирать такую скорость сварки, чтобы сварочная ванна (кратер) заполнялась электродным металлом и поднималась над поверхностью с плавным переходом к основному металлу без подрезов и наплывов.

Как сварщику уловить необходимую скорость продвижения электрода? Подобрав необходимый сварочный ток, произведя четкое зажигание дуги, выбрав угол наклона электрода в зависимости от расположения шлака, оптимальную скорость определяют по ширине валика, его высоте и по мере его формирования.

Валик должен получаться с плавным переходом к основному металлу, равномерной чешуйкой, без подрезов. Данную скорость легко сохранять путем поддержания одинаковой ширины сварочной ванны вокруг электрода, равной примерно двум его диаметрам (включая покрытие). Высота валика должна составлять 0,5–0,7 диаметра электрода.

При маленькой скорости электрода на единицу площади сварного шва приходится значительное количество наплавленного электродного металла, что приводит к росту высоты валика; когда она превышает диаметр электрода, жидкий металл растекается бесформенно. Возможны дефекты: наплывы, непровары по бокам валика, прожоги на тонком металле.

С увеличением скорости сварки глубина провара сначала возрастает (до скорости 40–60 м/ч), а затем уменьшается. При этом ширина шва уменьшается постоянно.

При большой скорости (более 70–80 м/ч) ширина валика равна диаметру электрода с покрытием или меньше него. В этом случае происходит недостаточное прогревание основного металла, быстрая кристаллизация сварочной ванны. Возможны дефекты: подрезы, непровары. Формирование валика неудовлетворительное.

Установки тока могут меняться в зависимости от ситуации. Толстый металл рассеивает тепло, поэтому нужен больший ток. Тонкий металл расплавится быстро, поэтому тока надо меньше. Точные установки тока зависят от поведения ванны, а начинать надо с рекомендованных установок.

Но не бойтесь увеличить или уменьшить ток. Сварка зависит от температуры основного металла, поэтому нельзя говорить о токе без учета скорости сварки. Двигаем электрод быстрее – меньше тепла поступает в основной металл. Если двигать электрод слишком быстро, металл не будет прогрет, шов будет непроплавленным, узким, с малой выпуклостью, с крупными чешуйками наверху. Если двигаемся слишком медленно, тепла поступает больше, металл слишком сильно прогревается, ванна расплывается и становится трудно управляемой. Сварной валик становится слишком выпуклым, шов – неровным по форме, с наплывами по краям. Вследствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металл часто образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. В некоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под дугой жидкой прослойки из расплавленного электродного металла повышенной толщины, наоборот, может привести к образованию непроваров.

На тонком металле глубокий провар тем более не нужен. Чем тоньше металл, тем быстрее надо двигаться. Можно применить такую технику: расплавить основной металл, затем длинной дугой охладить его и плавить снова. Этот метод можно использовать и для заполнения зазоров в плохо подогнанных соединениях. Двигайте электрод вглубь зазора, потом отводите, чтобы остудить ванну, и так постепенно заполняйте шов. Это же движение используется и при заполнении многослойного шва.

Когда скорость перемещения соответствует току, ванна растекается, но остается управляемой, ее края тонкие и шов одинаковой толщины.

Когда вы научитесь хорошо управлять электродом, то сможете поставить чуть больший ток и увеличить скорость сварки. Больший ток обеспечит лучшее проплавление и более гладкий шов в итоге, но контролировать ванну при этом труднее.

После возбуждения дуги электрод нужно выдерживать некоторое время в точке начала наплавки, пока не сформируется сварной шов и не произойдет расплавление основного металла. Сварочная ванна сначала будет маленькой, потом станет больше. В таком состоянии ее и надо удерживать. При этом не надо прямо смотреть на слепящую дугу. Сфокусируйтесь на зоне дальше дымящихся искр, на расплавленной ванне за электродом.

Очень важно научиться удерживать постоянную длину дуги, т. е. зазор между концом электрода и основным металлом, во время продвижения по шву. Длина дуги значительно влияет на ширину, форму и качество сварного шва и зависит от марки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделки свариваемых кромок и т. п. На глубину проплава влияет незначительно.

Нормальной длина дуги считается в пределах 0,5–1,1 диаметра электрода. Показателями оптимальной длины дуги являются резкий потрескивающий звук, ровный перенос капель металла через дуговой промежуток, малое разбрызгивание.

Короткая дуга горит устойчиво и спокойно. Она обеспечивает получение высококачественного шва, так как расплавленный металл электрода быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. При использовании электродов с тонким покрытием короткая дуга обеспечивает наилучшее качество сварки. Но слишком короткая дуга может вызывать прилипание электрода, дуга прерывается, нарушается процесс сварки.

Длинная дуга горит неустойчиво, с характерным шипением. Глубина проплавления недостаточная, расплавленный металл электрода разбрызгивается и больше окисляется и азотируется. Шов получается бесформенным, а металл шва содержит большое количество оксидов.

Выбор длины дуги зависит от типа электрода и положения в пространстве изделия при сварке. При использовании электродов с тонким покрытием длина дуги должна быть минимально короткой, не более диаметра электрода. При шлакообразующих или газообразующих электродах длина дуги может быть от 3 до 5 мм.

Напряжение дуги зависит от ее длины и изменяется в пределах 30–60 В. Чем короче дуга, тем меньше напряжение, чем дуга длиннее, тем сильнее напряжение приближается к верхнему порогу.

Выбирая ту или иную длину дуги, приходится учитывать положение свариваемого изделия. Вертикальная и потолочная сварки требуют более короткой дуги, чем при положении изделия, требующем нижней сварки.

Следует учесть, что при изменении длины дуги значительно меняется рабочее напряжение, что влияет на ширину валика. Умение сварщика держать постоянно определенную длину дуги положительно сказывается на равномерности ширины валика и его форме. Нормальную (среднюю) дугу рекомендуется применять при наплавке, сварке в нижнем положении, короткую дугу – при сварке горизонтальных, вертикальных, потолочных швов угловых и стыковых соединений и в других ситуациях, когда требуется проплавление. Длинную дугу применять не рекомендуется.

Минимальную длину дуги можно принять равной половине диаметра электрода, а максимальную – диаметру электрода + 1 мм.

В процессе сварки электрод постоянно находится в движении. Сварщик сообщает ему следующие движения (рис. 6.14):

1 – поступательное по оси электрода в сторону сварочной ванны (вследствие расплавления электрода), при этом для сохранения постоянства длины дуги скорость движения должна соответствовать скорости плавления электрода;

2 – перемещение вдоль линии свариваемого шва; скорость этого движения (скорость сварки) устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов;

3 – перемещение электрода поперек шва для получения так называемого уширенного валика – шва шире, чем ниточный сварной валик, получаемый при прямолинейном движении. Этими движениями за один проход получают шов шириной до четырех диаметров электрода.

а – направления движения; б – угол наклона в горизонтальной и вертикальной плоскости

Манипулирование электродом позволяет управлять жидким шлаком и металлом шва, что необходимо для получения качественного сварного соединения, а также для формирования валика определенной формы и ширины. Движения следует выполнять плавно, без резких колебаний. При поперечных колебаниях электрода необходимо выбрать такую ширину валика, чтобы сварочная ванна была в жидком состоянии по всей своей ширине. Причем если ток мал, то металл не прогреется должным образом и сварочная ванна будет «бегать» за электродом. Если тока много, то основной металл будет слишком горячим, дуга будет прожигать металл, отталкивая его назад. Когда ток нормальный, ванна растекается по поверхности, ее внешние края тонкие. И вот тогда-то движением электрода можно расширять и передвигать ванну.

Сварка осуществляется в направлении как слева направо, так и справа налево, от себя и на себя. При этом положение электрода может быть углом вперед, углом назад и под прямым углом, о чем говорилось выше.

Кроме движений вдоль и вглубь шва, перемещать электрод приходится чаще всего и поперек шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида этих поперечных колебаний, которые обычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва (рис. 6.15). Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положения сварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниями получают уширенный валик, а форма проплавления зависит от траектории поперечных колебаний конца электрода, т. е. от условий ввода теплоты дуги в основной металл.

Зигзагообразные прямые движения по ломаной линии, или «лесенку» (рис. 6.15, а, к), чаще всего применяют в нижнем, вертикальном и потолочном положениях для получения наплавочных валиков при сварке встык без скоса кромок. Чтобы не произошло прогара, смотрите на верхний край сварочной ванны каждый раз, когда меняете направление.

Движения дугой вперед (рис. 6.15, б) применяют в вертикальном и потолочном положениях для стыковых швов со скосом кромок, а также для угловых швов с катетом менее 6 мм, выполняемых в любом положении электродами диаметром до 4 мм.

Такие же движения, но дугой назад используются для сварки в нижнем положении, а также для вертикальных и потолочных швов с выпуклой наружной поверхностью. При необходимости усилить прогрев свариваемых кромок на краях зигзагов электрод слегка придерживают (рис. 6.15, в).

Движения треугольником (рис. 6.15, д) применяют для угловых швов с катетом более 6 мм и стыковых швов со скосом кромок в любом пространственном положении. Дает хороший провар корня шва. Для сварки толстостенных конструкций с гарантированным проплавлением корневого участка в корне шва электрод задерживают.

Петлеобразные и круговые движения (рис. 6.15, е – и, л) используют для усиленного прогревания кромок шва, особенно при сварке высоколегированных сталей. Электрод задерживают на краях, чтобы не было прожога в центре шва или вытекания металла при сварке вертикальных швов. Во время круговых движений при поперечном перемещении электрода смотрите поверх «мостика» – границы ванны и шлака, потом на другую сторону и распределяйте ванну по кругу.

Нужно понимать, что расплавленная ванна следует за теплом. Когда вы передвигаете электрод вдоль линии сварки, присадочный металл электрода движется позади. Если металла вокруг недостаточно, вы оставляете подрезы. Подрез – это канавка на краю шва ниже уровня металла (см. рис. 6.8, в). Чтобы избежать этого, надо контролировать границы ванны, утончая ее на поверхности.

Манипулировать ванной позволяет сила сварочной дуги. Когда электрод стоит вертикально, дуга давит на ванну вниз. Это приводит к глубокому проплавлению основного металла и равномерно распространяет ванну вокруг кратера. Наклоняя электрод, мы отталкиваем ванну, а шов начнет подниматься – всплывать (рис. 6.16, а). Чем ближе к перпендикуляру по отношению к поверхности металла расположен электрод, тем менее выпуклым будет шов. Чем больше мы его наклоняем, тем шов выпуклее (рис. 6.16, б).

а – глубокое проплавление металла; б – «всплывание шва»

Но здесь следует быть осторожным – если наклон слишком велик, дуга будет давить в направлении шва, делая ванну трудноуправляемой. Поэтому используют разные углы наклона электрода.

Ширина валика от минимального до среднего диапазона (1–2 диаметра электрода) может быть получена без колебательных движений, за счет скорости продвижения электрода, длины дуги и силы сварочного тока. Ширина валика более двух диаметров электрода обеспечивается манипулированием электрода. Среднее значение ширины (два диаметра электрода) позволяет вести сварку в обоих случаях.

При сварке углеродистых сталей используется весь рекомендуемый диапазон ширины.

Ручную дуговую сварку (наплавку) покрытыми электродами со стержнями из сталей аустенитного класса следует выполнять узкими валиками шириной не более трех диаметров применяемых электродов.

Завершая шов, важно правильно заваривать кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер.

Другой метод: в конце шва прекратить перемещение электрода, задержав его на 1–2 c, чтобы заполнить кратер, затем сместиться по шву назад примерно на 5 мм и быстрым движением вверх и назад оборвать дугу. Кратер необходимо оставлять пологим, что позволит качественно начать сварку новым электродом.

При окончании электрода в середине шва обрыв дуги необходимо производить обратным возвращением электрода в сторону валика и быстрым отрывом от кратера. В этом случае также кратер необходимо оставлять пологим. Нельзя «тянуть» (обрывать) дугу медленным увеличением ее длины до прерывания дугового разряда. В данном случае в кратере возможно появление свища (газовой поры, выходящей на поверхность кратера). Нельзя допускать при окончании электрода крутого кратера, который получается при неправильном обрыве дуги и почти всегда, когда высота валика равна диаметру электрода или больше него.

При крутом кратере в начале сварки нового электрода жидкий шлак быстро стекает вниз кратера и «подстывает», что может привести к непровару и зашлаковке. Поэтому при случайных обрывах дуги или при смене электродов применяется специальная техника повторного зажигания дуги, обеспечивающая начало сварки с хорошим сплавлением и внешним видом. В таких случаях дуга должна возбуждаться на передней кромке кратера, затем через весь кратер переводиться на противоположную кромку, на только что наплавленный металл, и после этого снова вперед, в направлении проводившейся сварки. Если электрод при повторном зажигании дуги не будет достаточно далеко отведен назад, между участками начала и конца сварки останется углубление. Если же при повторном зажигании электрод отвести слишком далеко назад, то на поверхности сварного валика образуется высокий наплыв.

Чтобы высота шва оставалась одинаковой, можно путем обрыва дуги в конце сварного шва и дополнительных зажиганий на этом же месте добиться необходимой высоты валика. Между обрывом дуги и дополнительным зажиганием необходимо сделать небольшую выдержку на время, в течение которого не успевает «остыть» (затвердеть) шлак, а металл шва успевает «подстыть» (начать кристаллизоваться). Это необходимо для легкого повторного зажигания дуги без обивки шлака.

Однако такой способ может привести к образованию оксидных и шлаковых загрязнений металла.

Сварка листовой стали малой толщины (0,5–2,0 мм) связана с определенными трудностями. Тонкий металл легко прожигается дугой, а прожоги трудно поддаются заплавке. Опасаясь этого, сварщик иногда недостаточно проплавляет кромки листов, накладывая валик на нерасплавленные кромки. В этом случае возникают непровары и неплотности.

При сварке тонколистовой стали рекомендуется:

• специально подготавливать кромки;

• применять временные или остающиеся подкладки;

• уменьшать величину сварочного тока;

• использовать специальные электроды;

• применять специальные источники питания.

Стыковые соединения выполняют с закладкой между кромками прутка или полоски. Сварку ведут так, чтобы дуга горела только на прутке или полоске, при этом кромки основного металла оплавляются косвенным теплом дуги.

При сварке на подкладках листы собирают встык без зазора и сварку ведут без колебательных движений электрода. Сварку стыковых соединений тонколистовой стали лучше выполнять не в нижнем, а в вертикальном положении – сверху вниз. Для очень тонких листов (0,5 мм) применяют нахлесточные соединения, сварку ведут на подкладке с проплавлением верхнего листа. В качестве остающихся подкладок используют стальные полоски, в качестве временных – медные полосы.

Величина тока принимается в пределах 40–80 А в зависимости от диаметра электрода. При выполнении нахлесточных соединений со сквозным проплавлением верхнего листа величина тока устанавливается на 10–15 % больше, чем при выполнении стыковых соединений.

Для сварки тонколистовой стали применяют электроды ∅ 1,6–2,5 мм с тонким или средним по толщине слоем покрытия.

Источники питания, используемые для сварки тонколистовой стали, должны иметь повышенную величину напряжения холостого хода (80–90 В) и плавную регулировку сварочного тока с малым нижним пределом порядка 40 А.

Это положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неметаллических включений и газов из расплавленного металла сварочной ванны. Условия формирования металла шва наилучшие, так как расплавленный металл сварочной ванны удерживается от вытекания нерасплавившимися кромками.

Стыковые швы сваривают без разделки кромок или с V-, Х– и U-образным скосом. Стыковые швы без разделки кромок, в зависимости от толщины, сваривают с одной или двух сторон. Необходимо тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корне шва).

Однопроходную сварку с V-образной разделкой кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины притупления кромок и зазора между ними. Рекомендуемый зазор при сборке стыкового соединения при V-образной разделке зависит от притупления и толщины свариваемого металла. Чем толще металл и больше притупление, тем больше зазор, и наоборот. Прихватки в зазор рекомендуется производить электродами ∅ 3 мм с минимальной высотой. Протяженность прихваток 10–15 мм. В зависимости от размеров изделия и толщины металла прихватки выполняются по условиям чертежа или технологического процесса, в которых оговорены протяженность и частота прихваток.

При сварке такого шва за несколько проходов обеспечить хороший провар первого слоя в корне разделки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды ∅ 3–4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг металла.

Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю разделку или отдельными валиками (рис. 6.17). Однослойный однопроходный шов выполняется за один проход (напроход). При сварке металла большой толщины шов выполняют слоями, каждый из которых накладывают за один проход (многослойный) или за несколько проходов (многослойный многопроходный). В многопроходных швах последний валик (поз. 11 на рис. 6.17, д) для улучшения внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).

Сварка за один проход предпочтительнее при ширине шва не более 14–16 мм, так как дает меньше остаточных деформаций. При толщине металла более 15 мм сварка каждого слоя напроход нежелательна. Первый слой успевает остыть, и в нем возникают трещины. Для равномерного прогрева металла по всей длине швы накладывают двойным слоем («горкой»), каскадом или блоками. При каскадном способе заполнения шва двойным слоем второй слой накладывают по неостывшему первому после удаления сварочного шлака в противоположном направлении на длине 200–400 мм. Сварка «горкой» – разновидность каскадного метода. Ее ведут два сварщика одновременно от середины к краям. Оба метода – это обратноступенчатая сварка не только по длине, но и по сечению шва, причем зона сварки всегда остается горячей.

При сварке блоками шов заполняют отдельными ступенями по всей высоте сечения шва. Этот метод применяют при соединении деталей из сталей, закаливающихся при сварке.

Швы с Х– или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества: в 1,6–1,7 раза уменьшаются объем наплавленного металла и угловые деформации, улучшается провар корня шва. Сварку этих швов выполняют так же, как и с V-образной разделкой, но для уменьшения остаточных деформаций и напряжений желательно накладывать каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Рекомендованный зазор при Х-образной разделке – 3 мм.

При сварке на весу (рис. 6.18, а) наиболее трудно обеспечить провар корня шва и формирование хорошего обратного валика по всей длине стыка. В этом отношении более благоприятна сварка на плотно прижатой съемной медной или остающейся стальной подкладке (рис. 6.18, б – в). Последние увеличивают расход металла и не всегда технологичны. В медной подкладке для формирования обратного валика делают формирующую канавку, но могут возникнуть трудности точной установки кромок вдоль формирующей канавки.

а – на весу; б – на медной съемной подкладке; в – на остающейся стальной подкладке; г – с предварительным подварочным швом; д – удаление непровара в корне шва для последующей подварки

Если с обратной стороны возможен подход к корню шва и допустима выпуклость обратной стороны шва, целесообразна подварка корня швом небольшого сечения с последующей укладкой основного шва (рис. 6.18, г). В некоторых случаях при образовании непроваров в корне шва после сварки основного шва дефект в корне разделывают газовой, воздушно-дуговой строжкой или механическими методами (рис. 6.18, д) с последующим выполнением подварочного шва.

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя приемами. Сварка вертикальным электродом «в лодочку» (рис. 6.19, а) обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и его формирования. По существу этот прием напоминает сварку стыковых швов с V-образной разделкой кромок, так как шов формируется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе требуется тщательная сборка соединения под сварку с минимальным зазором в стыке для предупреждения вытекания в него расплавленного металла.

а – «в лодочку»; б – таврового соединения; в – внахлестку; г – углового соединения

При сварке наклонным электродом (рис. 6.19, б – г) трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости ввиду натекания на нее расплавленного металла и предупредить подрез на вертикальной плоскости из-за стекания расплавленного металла. Поэтому таким способом обычно сваривают швы с катетом до 6–8 мм. При сварке угловых швов наклонным электродом трудно также обеспечить глубокий провар в корне шва, поэтому в односторонних или двусторонних швах без разделки кромок может образоваться непровар, который под нагрузкой послужит началом развития трещин. Для предупреждения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и более необходима односторонняя, а при толщине 12 мм и более – двусторонняя разделка кромок.

Тавровые и угловые швы без скоса кромок с катетами более 10 мм выполняют в один слой поперечными движениями электрода треугольником с задержкой в корне шва. Дугу при этом возбуждают на горизонтальной полке, а не на вертикальной, чтобы избежать натекания металла.

При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым выполняют шов на горизонтальной плоскости. Формирование последующего валика происходит с частичным удержанием расплавленного металла сварочной ванны нижележащим валиком.

Наплавка. Наплавка на поверхности изделия выполняется одиночными валиками. Каждый последующий валик необходимо выполнять так, чтобы центр сварочной дуги (электрода) проходил по краю предыдущего валика, перекрывая его на половину или на треть ширины (рис. 6.20, а). Перед сваркой очередного валика предыдущий валик нужно очистить от шлака и крупных брызг зубилом и металлической щеткой от нагара.

Наблюдая за центром дуги, одновременно необходимо следить за краем жидкой ванны, который должен доходить (или чуть-чуть не доходить) до вершины предыдущего валика. Наклон электрода по отношению к изделию и предыдущему валику должен составлять 80–90°. Наклон электрода по отношению к направлению сварки, как уже говорилось, определяется по правилу: «чтобы шлак вперед не забегал и сзади не отставал». Сварочный ток и диаметр электрода в зависимости от толщины изделия – максимальные или близкие к максимальным.

При наплавке нужно использовать среднюю длину дуги. При сварке с манипулированием электродом перемещение электрода необходимо производить от центра шва на предыдущий валик и на изделие на равное расстояние. Постоянно следует следить за геометрией, высотой и шириной предыдущего и выполняемого валика.

а – формирование валиков наплавки; б – выравнивание высоты по краям; 1 – наплавленный металл; 2 – дополнительные валики

Для выравнивания высоты по краям наплавленного участка необходимо произвести невысокие дополнительные валики (рис. 6.20, б). Это поможет добиться минимальных перепадов между валиками, что не потребует механической зачистки перед наплавкой последующего слоя.

При многослойной наплавке жидкотекучий шлак «спешит» занять несовершенство предыдущего слоя (углубления), что вносит дополнительные сложности в процесс сварки. В данном случае после тщательной зачистки предыдущего слоя от шлака необходимо центром дуги обязательно идти по центру углублений, иначе требуется дополнительная зачистка первого слоя от глубоких перепадов между вершинами. В данном случае теряются качество и производительность наплавки.

Высота наплавки каждого слоя зависит от диаметра электрода и не должна превышать 3/4 его диаметра.

Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повышенной квалификации сварщика в связи с возможным вытеканием расплавленного металла из сварочной ванны под действием сил тяжести или падением капель электродного металла мимо сварочной ванны. Здесь сварку следует вести по возможности наиболее короткой дугой, в большинстве случаев с поперечными колебаниями.

Расплавленный металл в сварочной ванне удерживается от вытекания в основном силой поверхностного натяжения. Поэтому необходимо уменьшать ее размер, для чего применяют пониженную на 10–20 % силу тока, а конец электрода периодически отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закристаллизоваться.

Ширину валиков также уменьшают до 2–3 диаметров электрода. Для вертикальных и горизонтальных швов диаметр электрода составляет не более 5 мм, для потолочных – не более 4 мм.

Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем (снизу вверх) или на спуск (сверху вниз).

Сварка на подъем (рис. 6.21, а) – наиболее удобный и производительный способ, поскольку нижележащий закристаллизовавшийся металл шва помогает удержать расплавленный металл сварочной ванны. Облегчается возможность провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному металлу.

Дугу возбуждают в нижней точке шва. Сваркой подготавливают горизонтальную площадку сечением, равным сечению шва. При этом электрод совершает поперечные колебания: зигзагом, полумесяцем, елочкой. Наклоном электрода добивайтесь, чтобы давление дуги удерживало ванну. Двигаться надо довольно быстро. Как только ванна начинает течь с одного края, переходите на другую сторону и вверх. Если свариваемый металл будет слишком горячим, вы рискуете его прожечь или ванна может выпасть. Подбирайте ток и скорость движения такими, чтобы вы могли удерживать ванну. Не останавливайтесь и не перегревайте основной металл – это главная причина выпадения ванны. Смотрите при этом на шов под электродом.

а – вертикальных снизу вверх; б – вертикальных сверху вниз; в – горизонтальных; г – потолочных

Для сварки углового вертикального шва вначале наплавляют полочку на свариваемые кромки, а затем небольшими порциями наплавляют металл, манипулируя электродом все выше, и оставляя внизу готовый сварной шов. При проходе елочкой электрод вначале поднимают вверх вправо, а затем опускают вниз. Капля жидкого металла застывает между кромками. Затем электрод поднимают влево и снова опускают вниз, оставляя новую порцию металла.

Наибольший провар достигается при положении электрода, перпендикулярном вертикальной оси. Стекание расплавленного металла предотвращают наклоном электрода вниз.

Минусом данного способа является внешний вид шва – грубочешуйчатый.

Способ сверху вниз (рис. 6.21, б) рекомендуется в основном для сварки тонких (до 5 мм) листов с разделкой кромок. Используются электроды с целлюлозным покрытием (ОЗС-9, АНО-9, ВСЦ-2, ВСЦ-3). Дугу возбуждают в верхней точке шва. После образования капли жидкого металла электрод наклоняют так, чтобы дуга была направлена на нее.

При сварке на спуск получить качественный провар трудно: шлак и расплавленный металл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются только силами давления дуги и поверхностного натяжения. В некоторых случаях их оказывается недостаточно, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. Поэтому держите кончик электрода приподнятым, чтобы давление дуги толкало ванну вверх. Работайте круговыми движениями, удерживая зазор и расширяя ванну в стороны.

Надо все время держаться впереди ванны. Если ванна будет падать, пытайтесь двигаться быстрее и ставьте немного больший ток сварки.

Сварка горизонтальных стыковых швов (рис. 6.21, в) еще более затруднена из-за стекания расплавленного металла из сварочной ванны на нижнюю кромку. В результате возможно образование подреза по верхней кромке. При сварке металла большой толщины обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне.

Обычно горизонтали варят слева направо, чтобы ванна была лучше видна. В перпендикулярной плоскости электрод следует держать немного назад на шов. Дугу возбуждают на нижней горизонтальной кромке, затем переводят электрод на верхнюю. Шов проваривают, совершая спиральные движения. Поддерживая постоянную длину дуги, постепенно продвигайте ванну. Но каждый раз, когда электрод опускается, расплавленный металл ванны следует за ним. Чтобы ванна не падала, толкайте ее вверх, приподнимая конец электрода. Но, если держать его слишком наклоненным, давление дуги вытолкнет ванну и получится наплыв. Если ванна все равно уходит вниз, попробуйте двигаться быстрее, остужая металл.

Шлак будет опускаться к низу ванны, поэтому смотрите преимущественно на верхнюю часть ванны. Но и вниз поглядывать следует, чтобы избежать наплывов.

Когда учитесь варить горизонтали, старайтесь не наплавлять слишком много металла, делайте шов небольшим. Если нужен более широкий шов, сделайте второй проход над первым.

Сварка горизонтальных угловых швов в нахлесточных соединениях несложна, так как по технике не отличается от сварки в нижнем положении.

При наплавке на вертикальной плоскости каждый выполненный валик является как бы полочкой для последующего. Центром дуги (электрода) следует проходить по верхней границе шва с такой скоростью, чтобы нижняя часть жидкой ванны проходила по вершине или чуть не доходила до вершины предыдущего валика.

Наплавка ведется снизу вверх. Последний валик рекомендуется варить на сварочном токе ниже на 10–20 А при том же диаметре электрода или использовать электрод меньшего диаметра, подобрав соответствующий сварочный ток.

Сварка в потолочном положении (рис. 6.21, г) наиболее сложна и ее по возможности следует избегать. К тому же при сварке этих швов ухудшены условия выделения из расплавленного металла сварочной ванны шлаков и газов. Газы, выделяемые покрытием электрода, тоже поднимаются вверх и могут остаться в шве, поэтому используют только хорошо просушенные электроды.

При сварке потолочных и горизонтальных швов жидкий металл стремится вытечь из ванны. Поэтому сварку ведут короткой дугой, удерживая постоянную скорость движения. Узкие валики накладывают в потолочную разделку тремя способами.

1. Сварку выполняют периодическими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во время которых металл частично кристаллизуется, что уменьшает объем ванны. В то же время расплавленный электродный металл вносится в сварочную ванну. Для этого электрод располагают под углом к плоскости 90–130°, подводят к изделию и зажигают дугу. После образования маленькой порции расплавленного металла электрод отводят на 5–10 мм от потолочной плоскости и тут же возвращают, перекрывая закристаллизовавшуюся порцию металла расплавленным примерно на 1/2 – 1/3 ее длины.

2. Электрод располагают под тем же углом и, совершая поперечные движения электродом в виде полумесяца, беспрерывно заходят электродом на закристаллизовавшуюся часть металла.

3. Угол наклона электрода по направлению сварки 80–90°. Шлак, стекая вниз, под сварной шов, не мешает вести сварку под прямым углом или углом вперед, что позволяет в потолочном положении выполнять нормальные и вогнутые валики в разделке. Концом электрода сварщик беспрерывно возвращается назад, на кристаллизующуюся часть металла, постоянно удлиняя валик шва.

При сварке потолочных швов сварочный ток выше, чем при вертикальной сварке, и ниже на 15–20 % (или равный), чем при горизонтальной. В основном применяется электрод ∅ 3–4 мм. Ширина валика и его полнота должны составлять 1–3 диаметра электрода с покрытием, что позволяет легко управлять жидким металлом. При чрезмерной ширине, полноте валика и чрезмерном сварочном токе жидкий металл шва становится трудно управляемым, что приводит к подтекам, «горбатости» валика, грубым перепадам между чешуйками и подрезам по краям шва.

Металл толщиной более 8 мм сваривают многопроходными швами. В любом случае сварка ведется только короткой дугой.

Наплавка в потолочном положении. При сварке в этом положении важен подбор сварочного тока. Если позволяет толщина изделия, более производительно применять электрод ∅ 4 мм. Наплавку рекомендуется производить узкими, 1,5–2 диаметра электрода с покрытием, одиночными валиками, что позволяет применять средний диапазон сварочного тока. Первый валик рекомендуется положить шириной в 2–3 диаметра электрода с покрытием по границе наплавки методом «сварка на себя». Последующие валики рекомендуется прокладывать слева направо или справа налево, в этом случае сварщику необходимо поменять свое положение по отношению к валикам. Наклон электрода при этом необходимо выдерживать под углом 70–80° к изделию. В остальном техника наплавки та же, что и в нижнем положении.

Техника сварки пробочных и прорезных соединений практически не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.

В зависимости от протяженности шва, толщины и марки металла, жесткости конструкции применяют различные приемы последовательности сварки швов и заполнения разделки. Сварку напроход – от начала до конца шва – обычно применяют при сварке коротких (до 500 мм) швов. Швы длиной до 1000 мм лучше сваривать от середины к концам или обратноступенчатым способом. При последнем способе весь шов разбивают на участки до 150–200 мм, которые должны быть кратны длине участка, наплавляемого одним электродом. После того как участок закончен, переходят к следующему, причем направление сварки для всех участков одно и то же, т. е. начало завершенного участка будет для следующего точкой завершения.