Выбор режима сварки: сила тока, длина дуги, полярность

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.

Выбор режима сварки

Итак, какие именно факторы влияют на выбор того или иного режима ручной дуговой сварки. В первую очередь, это:

Сила тока;
Диаметр используемых электродов и длина сварочной дуги;
Скорость сварки;
Полярность (более подробно о том, что даёт обратная и прямая полярность, читайте здесь);
Количество соединений.

Главные критерии при выборе режима для ММА сварки, конечно же, задаёт характер горения сварочной дуги, стабильность которой зависит от того, насколько правильно подобрана сила тока для каких-то конкретных электродов. Чем выше будет сила тока, тем большими по диаметру электродами можно варить толстый металл. Простыми словами, большие токи обеспечивают лучшее горение дуги и хороший прогрев металла.

Следует знать, что при вертикальном наложении шва, сила тока изменяется в меньшую сторону, чем при горизонтальном, примерно на 15%. Для потолочных швов, значение сварочного тока, будет и того меньше, примерно на 20%. Очень часто значения касательно силы тока, есть на упаковке с электродами. К тому же, определить, какую силу тока выставить на сварочном аппарате, можно из нижеприведённой таблицы со значениями.

Средние показатели сварочного тока (А):

Диаметр электрода (1,6 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (30-55 А) и (50-75 А);
Диаметр электрода (2 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (40-70 А) и (60-100 А);
Диаметр электрода (2,5 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (50-100 А) и (70-120 А);
Диаметр электрода (3 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (80-130 А) и (110-150 А);
Диаметр электрода (4 мм) — электрод с рутиловым и основным покрытием (120-170 А) и (140-200 А);

В свою очередь, чтобы правильно определить диаметр электрода, обязательно нужно учесть толщину металла, способ сварки и геометрическое расположение шва. Так, например, для каждого электрода подбирается «свое» собственное значение тока. Если сильно увеличить при этом его показатели, то можно легко прожечь металл или наоборот, не добиться качественного и надежного сварочного шва.

Содержание

Сила тока
Длина дуги (напряжение дуги)
Скорость сварки
Полярность тока
Розжиг сварочной дуги

Начиная работать с ручной дуговой сваркой, необходимо правильно выбрать режим сварки. На качество сварного шва влияет множество параметров, которые подбираются непосредственно до начала работы:

сила тока;
длина дуги;
скорость сварки;
полярность тока;
расположение шва в пространстве;
диаметр электрода.

Выбор силы тока в зависимости от диаметра электродов

Тонкий металл, толщиной не более 1 мм, сваривают электродами 1 мм, а сила тока при этом выставляется минимально возможных значений, в пределах 10-30 А. При сварке более толстого металла, до 2 мм, применяются электроды чуть большего диаметра, в 1,5 или 2 мм. Сила тока для сварки этими электродами выставляется в пределах 30-50 А.

Электродом 3 мм варят металл до 4 мм, а силу тока на инверторе выставляются в пределах 60-120 А. Для сварки металлов толщиной свыше 10 мм, уже используются куда более толстые электроды — 4 и 5 мм. Для нормального их использования, на сварочном аппарате приходится выставлять ток, более 120 А.

Полярность тока

Есть аппараты для ручной дуговой сварки, у которых на выходе — постоянный ток. Именно при постоянном токе появляются два варианта подключения свариваемой заготовки и электрода:

прямая полярность-свариваемая заготовка подключается на плюс, а электрододержатель — на минус;
обратная полярность-свариваемая заготовка — на минус, электрододержатель — на плюс.

Обратную полярность при подключении используют при сварке высоколегированных сталей и тонколистового металла, потому что на отрицательном полюсе выделяется меньше тепла, что позволит избежать их перегрева и, как следствие, прожига металла.

Прямую полярность хорошо использовать для сварки толстостенных деталей. Например, низколегированные стали (с содержанием углерода меньше 0,2%) можно сваривать на любой полярности.

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.

Скорость сварки

На эту величину влияют толщина свариваемой заготовки и толщина сварного шва.

Скорость сварки должна быть такой, чтобы расплавленный металл образовал над свариваемыми кромками аккуратный валик с плавными спусками к поверхности самой заготовки и чтобы ширина шва была в 1,5-2 раза больше диаметра электрода.

Если вести электрод слишком медленно, то это приведет к непровару из-за скопления большого количества расплавленного металла перед сварочной дугой.

А если перемещать электрод слишком быстро, то это опять же приведет к непровару, но уже из-за недостаточного нагрева поверхностей свариваемого металла. Что впоследствии может привести даже к трещинам. Во время сварки необходимо контролировать равномерное заполнение сварочной ванны расплавленным металлом.

Основные параметры

Наиболее значительные параметры ручной дуговой сварки:

ток;
напряжение;
полярность;
диаметр электрода;
скорость;
амплитуда колебаний поперек шва.

Вид и размер этих параметров подбираются сварщиком перед началом работы на основе рекомендаций и личного опыта.

Величина тока

Это значение значительно влияет на качество получаемого шва и скорость сварочного процесса. Между параметрами существует прямая зависимость: величину тока при сварке устанавливают согласно диаметру выбранного электрода, а диаметр, в свою очередь, зависит от толщины свариваемых элементов.

Для более точного расчета значения тока используют формулу, в которой оно прямо пропорционально диаметру электрода. При этом применяется поправочный коэффициент. Для разных диаметров он является различным. При каком значении силы тока проводят ручную электродуговую сварку? При слабом токе нарушается стабильность дуги, шов не будет провариваться целиком, что вызывает появление трещин. Повышенное значение тока вызывает быстрый процесс сварки и приводит к усиленному распространению брызг.

Диаметр электрода

Выбор режима сварки при ручной электродуговой сварке включает необходимость грамотного определения необходимых диаметров электродов. Электроды, имеющие диаметр свыше 6 мм, отличаются большим весом, при котором их трудно удерживать в нужном направлении длительное время. Кроме того, при использовании таких электродов плохо проваривается корень шва.

Если используется многопроходной вариант, то первый слой проводится электродом 2-3 мм, а для последующих можно использовать большее значение диаметра. Это имеет большое значение при сварке ответственных конструкций, поскольку меньший диаметр обеспечивает лучшую проварку корня. При одном заходе можно сразу применять электрод большого диаметра.

При решении задачи правильного выбора диаметра электрода рассматривается марка свариваемых поверхностей. Например, для сварки чугунных изделий хорошо себя зарекомендовали электроды небольшого диаметра. Уровень тепла при этом понижается и образуется валик небольшого сечения. Если была осуществлена предварительная разделка кромок, то допускается использование электродов диаметром 3 мм, не слишком ориентируясь на толщину деталей.

Напряжение дуги

Этот параметр зависит от длины дуги, то есть расстояния от конца электрода до металлической поверхности. Дуга имеет разные размеры. Больше дуга — больше напряжение. Для плавления расходуется значительное количество тепла. Сварочный шов становится шире, а глубина провара меньше.

Напряжение зависит от диаметра электрода и значения тока. Находится в диапазоне 18-45 В. Оптимальный выбор режима ручной дуговой сварки, касающийся напряжения, предполагает сваривание короткой дугой. В этом случае напряжение не будет превышать значения, равного 20 В. Важным обстоятельством для получения хорошего шва является постоянство выбранной дуги.

Скорость

Режимы ручной дуговой сварки покрытыми электродами включают установление скорости. Чтобы избежать переполнения ванны и, как следствие, возникновения на металле подтеков, следует выбрать оптимальное значение скорости и поддерживать его постоянным на протяжении всего процесса. Большая скорость приведет к недостаточному провару шва, что вызовет появление трещин.

При слишком медленном перемещении жидкий металл начнет собираться впереди дуги. Шов получится неровным, появятся непровары. Для получения удачного шва скорость должна быть 35-40 м/час. Тогда сварочная ванна будет находиться сверху поверхности кромок, не образуя стекания вниз. Переход ее к соединению будет плавным, наплывы и подрезы не образуются.

Ширина шва уменьшается при увеличении скорости.

Полярность

Как правило, для сварочных работ применяют ток постоянной величины. Прямая полярность при постоянном токе дает возможность сваривать толстые детали. Чтобы избежать появления прожогов при соединении тонких металлов включают обратную полярность. Сварку переменным током практически не применяют, поскольку это снижает производительность.

Выбор режима сварки при ручной дуговой сварке заключается, в частности, в возможности проводить процесс при разных полярностях. При прямом варианте проводник тока подключают к клемме с минусом, а металлическое соединение к плюсу. Интенсивней, чем электрод, начинаются расплавляться элементы сварного соединения. Это дает преимущество при сварке толстых металлических деталей.

Обратная полярность получается при подключении электрода к плюсу, а металлических деталей к минусу. Это обеспечивает интенсивный расплав электрода, превосходящий плавление деталей.

Объяснение является достаточно простым и соответствует физическим законам. Где плюс, там нагревание больше. Соответственно, при прямой полярности выше нагреваются свариваемые детали. Становится возможным соединение крупных изделий. Применение такого вида полярности на тонких деталях вызовет прожоги, и шов будет некачественным. Поэтому для соединения тонких деталей обеспечивают обратную полярность.

Разбираем квадраты №2 и 3, виды швов по ГОСТам

Вариантами соединений вплотную занимаются два стандарта: уже знакомый нам ГОСТ 14771-76 и знаменитый ГОСТ 5264-80 о ручной дуговой сварке.

Чем знаменит второй стандарт: он был написан много лет назад – в 1981 году, и это было сделано так грамотно, что этот документ отлично работает до сих пор.

Пример чертежа сварных швов по ГОСТ.

Виды сварочных соединений следующие:

С – стыковой шов. Свариваемые металлические поверхности соединяются смежными торцами, находятся на одной поверхности или в одной плоскости. Это один из самых распространенных вариантов, так как механические параметры стыковых конструкций очень высокие. Вместе с тем этот способ достаточно сложный с технической точки зрения, он по силам опытным мастерам.

Т – тавровый шов. Поверхность одной металлической заготовки соединяется с торцом другой заготовки. Это самая жесткая конструкция из всех возможных, но за счет этого тавровый способ не любит и не предназначен для нагрузок с изгибаниями.

Н – нахлесточный шов. Свариваемые поверхности параллельно смещены и немного перекрывают друг друга. Способ довольно прочный. Но нагрузки переносит меньше, чем стыковые варианты.

У – угловой шов. Плавление идет по торцам заготовок, поверхности деталей держат под углом друг к другу.

О – особые типы. Если способа нет в ГОСТе, в чертеже обозначается особый тип сварки.

Оба стандарта в рамках ЕКСД хорошо перекликаются друг с другом и справедливо делят ответственность по видам:

Варианты изображения сварных швов на чертежах.

Соединения ручного дугового способа по ГОСТу 5264-80:

С1 – С40 стыковые
Т1 – Т9 тавровые
Н1 – Н2 нахлесточные
У1 – У10 угловые

Соединения сварки в защитных газах по ГОСТу 14771-76:

С1 – С27 стыковые
Т1 – Т10 тавровые
Н1 – Н4 нахлесточные
У1 – У10 угловые

В нашей аббревиатуре во втором квадрате указан ГОСТ 14771-76, а в третьем Т3 – тавровый способ без скоса кромок двусторонний, который как раз указан в этом стандарте.

Выбор диаметра электрода при ручной дуговой сварке

Главным критерием при выборе диаметра электрода является толщина свариваемых кромок. Также при выборе диаметра учитывают вид сварного соединения и форму свариваемых кромок. Диаметры электрода, в зависимости от толщины свариваемых деталей, представлены в таблице:

Толщина свариваемых кромок, мм

менее 2	3-5	6-8	9-12	13-15	16-20	более 20
Диаметр электрода, мм	2	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-10

В случае выполнения угловых и тавровых швов, диаметр электродов выбирают, исходя из размеров катета сварного шва. При выполнении швов катетом 3-5мм, выбирают электроды диаметром 3-4мм. Если катет шва находится в пределах 6-8мм, диаметр электрода составляет 4-5мм.

При этом, необходимо иметь ввиду, что применение электродов с диаметром свыше 6мм ограничено из-за их большой массы. Кроме того, при их применении сложно проварить корень шва.

При выполнении многослойных швов, лучшим вариантом будет выполнить первый слой электродом малого диаметра (не более 4мм), для хорошего провара корня шва в глубине разделки. Это, в равной степени, относится как к сварке стыковых швов, так и к сварке угловых швов.

Квадрат №4, способы сварки

Как обозначаются различные виды швов.
Также в стандартах присутствуют обозначения способов сварки, вот примеры самых распространенных из них:

A – автоматическая под флюсом без подушек и подкладок;
Aф – автоматическая под флюсом на подушке;
ИH – в инертном газе вольфрамовым электродом без присадки;
ИHп – способ в инертном газе с вольфрамовым электродом, но уже с присадкой;
ИП – способ в инертном газе с плавящимся электродом;
УП – то же самое, но в углекислом газе.

У нас в квадрате №4 указано обозначение сварки УП – это способ в углекислом газе с плавящимся электродом.

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:

Тип покрытия электрода, маркировка	Ток сварки	Пример марки электрода, назначение	Основные особенности
Целлюлозный, маркировка «Ц»	Постоянный, переменный	ВСЦ-4М – углеродистые и низколегированные стали	Подходят для ответственных конструкций, максимальная прочность сварного шва.
Основной, маркировка «Б»	Постоянный	УОНИ 13/55 – сваривание углеродистых и низколегированных сталей (обратная полярность сварки)	Подходят для ответственных конструкций, пластичность и прочность сварного шва. Требовательны к чистоте свариваемых поверхностей.
Рутиловый, маркировка «Р»	Постоянный, переменный	МП-3– сваривание углеродистых и низколегированных сталей. АНО – углеродистая сталь (трубопроводы)	Малое разбрызгивание металла, легкий поджиг, не высокие требования и величине напряжения холостого хода – 45-55 вольт
Кислый, маркировка «А»	Постоянный, переменный	ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, МЭЗ-4 Не рекомендуются для сваривания высоколегированных сталей	Высокая токсичность газа (нельзя варить в замкнутом помещении). Повышенное разбрызгивание. Не требовательны к чистоте поверхности – ржавчины и окалины

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.

Особенности при вертикальном расположении

Сварка в вертикальном положении является более сложной по сравнению с горизонтальным вариантом. Поэтому выбор режимов дуговой сварки в этом случае является особенно важным.

Как корректируют величину сварочного тока в вертикальном положении? Первое требование относится к дуге — она должна быть короткой. Объем сварочной ванны не должен быть большим. Для ее уменьшения следует использовать электроды небольшим диаметром, а величину тока устанавливать на 10-15% меньше, чем, когда сварка проводится в горизонтальном положении внизу.