Сварка электродом (Stick): оборудование, процесс и пошаговое руководство

Сварка электродом выполняется путем зажигания электрической дуги между металлическим электродом и заготовкой. Электрический ток проходит через электрод и плавит его в заготовку, образуя сварочную ванну. Электрод покрыт слоем флюса, который плавится и защищает сварочную ванну от загрязнения атмосферой.

Флюс образует слой шлака на вершине сварочного шва, который придется сбить и зачистить щеткой после завершения сварки. Это простая процедура, популярная у сварщиков на открытом воздухе, так как она не подвержена влиянию ветра — в отличие от MIG и TIG сварки, использующих газовые баллоны.

Что такое сварка электродом (SMAW)?

Ручная дуговая сварка (SMAW), также известная как ручная металлическая дуговая сварка (MMA или MMAW), флюс-защищенная дуговая сварка или неофициально как сварка электродом, — это ручной процесс дуговой сварки, использующий расходный электрод, покрытый флюсом, для закладки шва.

Электрический ток, в форме либо переменного, либо постоянного тока от источника сварочного питания, используется для формирования электрической дуги между электродом и металлами, подлежащими соединению. Заготовка и электрод плавятся, образуя ванну расплавленного металла (сварочную ванну), которая остывает, образуя стык.

По мере закладки шва флюсовое покрытие электрода распадается, выделяя пары, служащие защитным газом и обеспечивающие слой шлака, оба защищают зону шва от атмосферного загрязнения.

Благодаря универсальности процесса и простоте его оборудования и эксплуатации, защищенная металлическая дуговая сварка является одним из первых и самых популярных сварочных процессов в мире.

Она доминирует над другими сварочными процессами в индустрии технического обслуживания и ремонта, и хотя сварка флюс-кордной проволокой набирает популярность, SMAW продолжает широко использоваться в строительстве тяжелых стальных конструкций и в промышленном производстве. Процесс используется в основном для сварки железа и сталей (включая нержавеющую сталь), но алюминий, никель и медные сплавы также могут быть сварены этим методом.

Что нужно, чтобы начать сварку?

1. Оборудование безопасности

При сварке наиболее важным соображением всегда является ваша безопасность. Вы должны прочитать и следовать всей информации по безопасности и инструкциям, предоставленным в руководстве для любого оборудования, которое вы используете при сварке электродом.

Когда вы варите, вам понадобится защита тела для защиты от тепла, ультрафиолетовых лучей и искр, производимых дугой. Огнеупорная одежда с длинными рукавами защитит ваше тело, а защитные очки и сварочная маска защитят вашу голову и глаза.

Сварка должна выполняться только при адекватной вентиляции из-за выделяемых дымов. Если вы на улице на ветру вы будете в порядке, но если вы в помещении, вам нужна вентиляция. Вытяжка — лучший способ удаления дымов из зоны.

2. Аппарат для сварки электродом

Вы не сможете сделать никакую сварку электродом без аппарата для сварки электродом. Вы можете использовать универсальный аппарат, который позволит вам выполнять более одного типа сварки, например, MIG, TIG и Stick. Или вы можете использовать аппарат только для сварки электродом, который намного дешевле.

На рынке много аппаратов. Вы можете увидеть наше полное руководство по выбору аппарата для сварки электродом для дополнительной помощи по этому вопросу.

3. Зажим заземления

Ваш зажим заземления обычно идет с аппаратом. Он должен быть подключен к аппарату для сварки электродом и закреплен на заготовке.

4. Инструменты для удаления шлака

Сварка электродом производит шлак над вашим швом. По этой причине вам понадобится очистить шов после того, как вы его сделали. Лучше использовать молоток-сбиватель шлака, чтобы сбить шлак, а затем зачистить металлической щеткой.

5. Выбор вашего электрода

Существует сотни разных типов палочных электродов, и вам нужно выбрать правильный, соответствующий вашему сварочному проекту. Самые популярные — 6010, 6011, 6012, 6013, 7014, 7024 и 7018.

Когда вы работаете с мягкой сталью, любой электрод E60 или E70 сделает работу. 7018, вероятно, самые популярные электроды из всех этих и дают действительно прочные швы, но 6013 — хороший выбор для новичков.

Чтобы понять, какой электрод выбрать, вам нужно понять, что означает каждая из 4 цифр.

• Первые две цифры показывают минимальную прочность на разрыв. Например, электрод с прочностью на разрыв 60 000 psi начнется с 60. Это должно соответствовать свойствам прочности основного металла.
• Третья цифра указывает, в каких положениях электрод может использоваться при сварке. Единица представляет способность использоваться в любом положении, тогда как двойка может использоваться только в плоском положении.
• Четвертая цифра говорит вам, какой ток вы можете использовать для электрода, и покрытие на электроде. У нас есть справочная таблица для этого ниже.

6. Настройка сварки электродом

Сварка электродом — довольно простая настройка. Помните, что ваши настройки полярности будут зависеть от электрода, который вы используете, поэтому обязательно дважды проверьте, AC/DC-/DC+. Для начала попробуйте некоторые электроды 6013 на DCEN на стальной пластине 3/16 дюйма (4,8 мм).

Как заложить свой первый шов электродом

Итак, вы всё настроили, теперь вы готовы заложить шов. Убедитесь, что ваши настройки все правильны, и возьмите пару кусков ломового металла и положите их как стык впритык (butt joint). Сварка электродом требует немного мастерства, поэтому всегда лучше практиковаться на ломовом металле сначала, прежде чем вы прыгнете туда и начнете пытаться сварить на реальном проекте.

Зажигание дуги

Как только полный электрод в держателе электрода, включите аппарат. Чтобы зажечь дугу, положите кончик электрода на металл и быстро проведите по нему, как будто вы зажигаете спичку. Если дуга сформирована, слегка поднимите электрод, а затем вы можете вести его по металлу.

Электрод прилипает к металлу — сбейте его, дав легкий вираж. Если дуга гаснет, значит, вы подняли электрод слишком высоко от поверхности и должны держать его ниже. Как только дуга загорелась, она должна издавать звук, как жарка бекона, если звук громкий и агрессивный, вам нужно снизить ампераж.

Движение электрода

Как только вы зажгли дугу, вы должны двигать электрод через стык для выполнения сварки. Прежде чем двигать электрод, вы должны держать его под правильным углом, который составляет от 15 до 30 градусов к вертикали.

Угол сварки электродом

Как только у вас правильный угол, вы должны медленно тянуть электрод к себе. Вы не можете толкать электрод, потому что шлак попадет в сварочную ванну и вызовет пористость.

Вам нужно держать рукуsteady, так что попробуйте положить другой локоть на стол и держать руку, держащую электрод, чтобы стабилизировать её. Попробуйте несколько раз и устраните неисправности, используя раздел troubleshooting в конце этого поста.

Другие положения сварки

Если вы делаете угловой шов (fillet weld) перевернутым T-стыком, вы должны отрегулировать угол примерно на 35 градусов выше горизонта. Это потому, что шов начнет падать немного из-за силы тяжести, если угол не скорректирован, чтобы помочь толкать шов обратно против силы тяжести.

Чем больше шлак создается, тем больший угол вам понадобится. Если ваш угол слишком мал, шлак попадет в вашу сварочную ванну и вызовет дефекты шва.

Распространенные ошибки и как их уменьшить

Когда вы начинаете сварку электродом, вероятно, вы совершите некоторые ошибки, даже если вы опытны в MIG или TIG. Самые частые ошибки, которые я вижу — слишком длинная дуга, неправильный угол тяги, неправильная скорость сварки и неправильная температура.

• Много брызг: Много причин для получения слишком большого количества брызг при сварке, одна из самых частых — слишком длинная дуга. Вы должны держать электрод только слегка над заготовкой, иначе дуга не сможет сфокусироваться и будет прыгать хаотично вместо того, чтобы быть гладкой. Если есть брызги и дуга издает громкий визжащий звук, то вы, вероятно, поставили ампераж слишком высоко и должны снизить его.
• Пористость: Одна из главных причин пористости в шве электродом — слишком крутой угол электрода. Если вы не держите шлак за спиной сварочной ванны, тянув электрод назад под углом, шлак смешается в ванну и вызовет пористость.
• Подрез (Undercut): Подрез — это небольшая ямка у кончика шва между швом и металлической пластиной, что делает шов слабее. Если у вас подрез и шов выглядит выгоревшим, попробуйте снизить ампераж, потому что он слишком горячий.
• Тонкий сварочный шов: Идеальный шов электродом будет примерно в 2,5 раза диаметра электрода. Если шов действительно узкий, у него не будет достаточного прогрева. Попробуйте замедлиться примерно вдвое от скорости, с которой вы изначально тянули электрод, и вы должны увидеть лучшие результаты.
• Комковатый шов: Если вы тянете электрод слишком медленно, наплавной металл накопятся и будет комковатым. Другая причина — слишком низкий ампераж, который ограничит прогрев и заставит наплавной металл просто сидеть на вершине стыка.
• Проблемы с зажиганием дуги: Если у вас проблемы с зажиганием дуги, то это будет потому, что слишком холодно, вызывая слабую дугу. Попробуйте поднять на 15 А и посмотрите, станет ли легче.

Пять шагов к улучшению вашей техники сварки электродом

Для многих людей, особенно тех, кто новичок в этом или, возможно, не варит каждый день, сварка электродом, также известная как защищенная металлическая дуговая сварка (SMAW), является одним из более сложных процессов для обучения. Опытные сварщики, которые могут взять держатель, вставить электрод и закладывать отличные швы раз за разом, могут вдохновлять великое благоговение в остальных нас. Они делают это выглядеть легким.

Остальные из нас могут с этим бороться. И нам не нужно, не если мы обратим внимание на пять базовых элементов нашей техники: настройка тока, длина дуги, угол электрода, манипуляция электродом и скорость движения или CLAMS, для краткости. Правильное обращение к этим пяти базовым областям может улучшить ваши результаты.

1. Предварительная подготовка

Пока сварка электродом может быть самым прощающим процессом на грязном или ржавом металле, не используйте это как оправдание для неправильной очистки материала. Используйте металлическую щетку или шлифмашину для удаления грязи, жира или ржавчины с области, подлежащей сварке.

Игнорирование этих шагов вредит вашим шансам сделать хороший шов с первого раза. Грязные условия могут привести к трещинам, пористости, несплавлению или включениям. Пока вы на этом, убедитесь, что у вас есть чистое место для зажима заземления. Хорошее, надежное электрическое соединение важно для поддержания качества дуги.

Позиционируйте себя так, чтобы у вас был хороший обзор сварочной ванны. Для лучшего обзра держите голову сбоку и в стороне от сварочных дымов, чтобы убедиться, что вы варите в стык и держите дугу на переднем краю ванны. Убедитесь, что ваша стойка позволяет вам комфортно поддерживать и манипулировать электродом.

Не расстраивайтесь! Есть кривая обучения у сварки электродом, которую многие считают, что получила свое название, потому что когда учатся варить, все прилипают электродом к заготовке.

2. Настройка тока

Выбранный вами электрод определит, должен ли ваш аппарат быть настроен на DC положительный, DC отрицательный или AC. Убедитесь, что у вас он настроен правильно для вашего применения. (Электрод положительный дает около 10 процентов больше прогрева при заданном ампераже, чем AC, в то время как DC прямая полярность, электрод отрицательный, лучше сваривает более тонкие металлы.)

Правильная настройка ампеража в основном зависит от диаметра и типа выбранного вами электрода. Производитель электрода обычно указывает рабочие диапазоны электрода на коробке или во вложенных материалах.

Выберите ваш ампераж на основе электрода (общее эмпирическое правило — 1 А на каждые 0,001 дюйма диаметра электрода), положения сварки (примерно на 15 процентов меньше тепла для потолковой работы по сравнению с плоским швом) и визуальным осмотром готового шва. Регулируйте ваш аппарат на 5–10 А за раз, пока не достигнете идеальной настройки.

3. Длина дуги

Правильная длина дуги варьируется с каждым электродом и применением. Хорошей отправной точкой является то, что длина дуги не должна превышать диаметра металлической части (сердечника) электрода. Например, электрод 1/8 дюйма (3,2 мм) 6010 держат примерно на 1/8 дюйма от основного материала.

4. Манипуляция электродом

Каждый сварщик манипулирует электродом немного по-разному. Развивайте свой собственный стиль, наблюдая за другими, практикуясь и отмечая, какие техники дают лучшие результаты. Обратите внимание, что на материале 1/4 дюйма (6,4 мм) и тоньше, плетение электродом обычно не нужно, потому что шов будет шире, чем необходимо. Во многих случаях прямой шов — всё, что нужно.

Чтобы создать более широкий шов на более толстом материале, манипулируйте электродом из стороны в сторону, создавая непрерывную серию частично перекрывающихся кругов в виде «Z», полукруга или шагающей ступеньки. Ограничьте боковое движение двумя диаметрами сердечника электрода. Чтобы покрыть более широкую область, сделайте несколько проходов или используйте стрингер-швы.

При вертикальной сварке вверх, если вы фокусируетесь на сварке сторон стыка, середина позаботится о себе самой. Двигайтесь через середину стыка достаточно медленно, чтобы сварочная ванна успевала догонять, и слегка задерживайтесь на боках, чтобы обеспечить надежное сращивание со стенкой. Если ваш шов выглядит как рыбья чешуя, вы двигались вперед слишком быстро и не держали достаточно долго на боках.

5. Скорость движения

Ваша скорость движения должна позволять вам держать дугу в переднем третье сварочной ванны. Движение слишком медленно производит широкий, выпуклый шов с поверхностным прогревом и возможностью холодного наложения (cold-lapping), когда шов кажется просто лежащим на поверхности материала.

Чрезмерно быстрые скорости движения также уменьшают прогрев, создают более узкий и/или сильно выпуклый шов, и возможно недозаполнение или подрез, когда область снаружи шва вогнута или углублена. Обратите внимание к концу шва на изображении ниже, как шов выглядит нестабильно, будто ванна пыталась догнать.

Преимущества сварки электродом

• Сварка электродом переносима. Маленький аппарат может работать на толстом металле, не очень тяжел, и вам не нужен подаватель проволоки или любое дополнительное оборудование вроде газового баллона.
• Сварка электродом — лучший выбор для условий на открытом воздухе. Сварка с газом не даст хороших результатов в ветреных условиях.
• Она легче к освоению, чем TIG-сварка, но требует некоторого мастерства.
• Вы можете варить на металле с накатом или ржавчиной.

Недостатки сварки электродом

• Она требует больше мастерства, чем MIG, так как вам нужно держать электрод на определенном расстоянии от металла, пока он сгорает.
• Она производит гораздо больше брызг и шлака.
• Увеличенное время очистки приводит к снижению эффективности.
• Шов не будет таким сложным или высококачественным, как TIG.