Ручная дуговая сварка (РДС): характеристика и электроды

Ручная дуговая сварка применяется при изготовлении конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, чугуна, цветных сплавов толщиной от 1 до 50 мм. Метод эффективен при выполнении коротких и криволинейных швов, а также при работе в любых пространственных положениях и ограниченных зонах. Основные минусы — невысокая производительность и жёсткая зависимость качества шва от уровня подготовки сварщика.

Дуговая сварка и процессы зажигания дуги

Электрическая дуга — основной источник тепла при дуговой сварке. Она формируется между электродом и свариваемой деталью и представляет собой устойчивый газовый разряд.

Этапы зажигания дуги:

1. Короткое касание сварочного электрода с изделием (короткое замыкание).
2. Отвод на 3–5 мм.
3. Формирование стабильного разряда в ионизированном промежутке катод–анод.

При первом касании катод прогревается до температуры интенсивной термоэлектронной эмиссии. Далее электроны ускоряются в электрическом поле и ионизируют газ, что и обеспечивает устойчивость горения дуги.

Ручная дуговая сварка покрытым электродом

Наиболее распространённый вариант — использование покрытых электродов (ГОСТ 9466, 9467).

Назначение покрытия:

1. Формирование газо-шлаковой защиты жидкой ванны.
2. Внесение легирующих компонентов в металл шва.

Состав покрытия:

• шлакообразующие добавки (оксиды, полевой шпат, мрамор, мел);
• газообразующие вещества (СО₂, СН₄ и др.);
• легирующие элементы (феррованадий, феррохром, ферротитан, алюминий);
• раскислители (Ti, Mn, Al, Si).

Эти компоненты обеспечивают защиту расплава, корректируют химический состав металла и снижают содержание оксидов в шве.

Свариваемость металлов и электроды для РДС

Свариваемость — это способность металла или сочетания металлов при заданной технологии образовывать соединение, характеристики которого (механические, физические и др.) соответствуют свойствам основного материала.

На свариваемость влияют:

• химсостав металла и электрода;
• режимы дуги;
• термические условия (температура среды, тепловложение);
• закрепление элементов конструкции;
• эксплуатационные и конструктивные факторы.

Электроды для ручной дуговой сварки

Стержень изготавливают из сварочной проволоки диаметром 0,3–12 мм, длина нарезки — 250–450 мм. Покрытие наносится слоем 0,1–2,5 мм. ГОСТ предусматривает 77 марок проволоки, разделённых на три группы:

• низкоуглеродистая (С ≤ 0,13%) — сварка низко- и среднеуглеродистых сталей;
• легированная (30 марок) — для низколегированных и жаростойких сталей;
• высоколегированная (41 марка) — для хромистых, хромоникелевых и специальных сталей.

Классификация электродов

По назначению:

• У — сварка углеродистых и низколегированных сталей (σв < 600 МПа);
• Л — легированные конструкционные стали (σв > 600 МПа);
• Т — легированные теплоустойчивые стали;
• В — высоколегированные стали со спецсвойствами;
• Н — электроды для наплавки.

По покрытию:

• кислое (SiO₂, Fe₂O₃, MnO) — индекс А;
• основное (CaCO₃, MgCO₃, CaF₂) — Б;
• рутиловое (TiO₂) — Р;
• целлюлозное (органика, целлюлоза) — И;
• смешанное — С (двойное обозначение);
• прочие виды — П.

По толщине покрытия (отношение D/d):

• тонкое (≤1,2) — индекс М;
• среднее (1,2–1,45) — С;
• толстое (1,45–1,8) — Д;
• особо толстое (>1,8) — Г.

Назначение покрытия

Покрытие выполняет сразу несколько функций:

• газо-шлаковая защита от воздуха (O₂, N₂, H₂);
• стабилизация горения дуги;
• раскисление и легирование металла шва;
• замедленное охлаждение благодаря формированию шлаковой корки.

Компоненты покрытия:

• стабилизаторы (K, Ca, Ba-соединения, мрамор, мел);
• газообразующие (крахмал, декстрин, магнезит);
• шлакообразующие (полевой шпат, марганцевая руда);
• раскислители (FeMn, FeSi, Al);
• легирующие добавки (FeTi, FeMo, FeC₂);
• связующие (жидкое стекло Na₂O·nSiO₂).