Ручная дуговая сварка


В. П. Тимошенко М. В. Радченко








                РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА





Учебное пособие



Под общей редакцией доктора технических наук, профессора М. В. Радченко
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

     УДК 621.791.7(075.8)
     ББК 34.641

        Т41





Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, советник генерального директора по науке ЗАО «Региональный центр лазерных технологий» С. М. Шанчуров;
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, главный сварщик ООО «Производственно-строительное объединение “Алтай”» В. Г. Пинаев









     Тимошенко, В. П.
Т41 Ручная дуговая сварка : учебное пособие / В. П. Тимошенко, М. В. Радченко ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. М. В. Радченко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 264 с. : ил., табл.


         ISBN 978-5-9729-0623-9


    Рассмотрены вопросы физической сущности процесса ручной дуговой сварки, основные закономерности формирования структуры и свойств сварных соединений для различных металлов и сплавов, вопросы технологической свариваемости металлов и сплавов. Даны практические рекомендации по выбору оборудования, сварочных материалов и режимов сварки.
    Для студентов направления подготовки 15.00.00 «Машиностроение», изучающих дисциплины «Оборудование и технология сварочного производства», «Сварочные процессы и оборудование». Может быть полезно специалистам в области сварки.



                                                                        УДК 621.791.7(075.8)
                                                                        ББК 34.641











ISBN 978-5-9729-0623-9

      © Тимошенко В. П., Радченко М. В., 2021
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                             © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

    1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

        В настоящее время сварка используется во всех отраслях промышленности и строительства, а удельный вес и объем сварочных работ продолжает возрастать. В современном варианте сваркой называют технологический процесс получения монолитных неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми деталями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, а также совместным действием того и другого.
        Все существующие способы сварки по энергетическим признакам разделяют на две основные группы: сварку плавлением и сварку давлением. В силу своих технологических возможностей наибольшее распространение получили способы электрической дуговой сварки плавлением.
        Разработка первых способов дуговой сварки тесно связана с открытием явления электрической дуги, сделанным в 1802 г. русским физиком, профессором Санкт-Петербургской Академии наук Василием Владимировичем Петровым (1761-1834 гг.). В своих ранних работах В. В. Петров указывал на возможность применения дугового разряда для расплавления металлов. Однако первое практическое применение электрической дуги с целью сварки металлов принадлежит русскому инженеру Николаю Николаевичу Бенардосу.
        Сущность метода, разработанного в 1882 г. Н. Н. Бенардо-сом, заключается в следующем. Электрическая дуга возбуждается и горит между угольным электродом и изделием. Формирование сварочной ванны и сварного шва на первом этапе осуществлялось только за счет расплавления основного металла. Впоследствии был использован присадочный пруток, позволяющий до некоторой степени повысить механические свойства сварного соединения.
        В 1888 г. русский инженер Николай Гаврилович Славянов усовершенствовал процесс сварки, предложенный Н. Н. Бенар
3

    досом, заменив неплавящийся угольный электрод плавящимся металлическим электродом, причем плавящийся электрод является одновременно и присадочным металлом.
        Эти способы не нашли широкого применения в силу ряда существенных недостатков. Основными недостатками являлись: низкая стабильность горения дуги; отсутствие защиты дугового промежутка металла сварочной ванны и сварного шва от взаимодействия с окружающей средой; попадание продуктов сгорания угольного электрода и вредных газов воздуха (О₂, N2) в расплавленный металл, существенно снижающих механические и технологические характеристики сварного соединения в целом.
        Усовершенствование дуговой сварки развивалось по двум направлениям: изыскание средств защиты и металлургической обработки металла сварочной ванны и автоматизация процесса. Первые шаги в этих направлениях сделаны самими изобретателями. Например, Н. Н. Бенардос впервые предложил применять при сварке защиту сварочной ванны газом и изготовил для этого горелку, положив начало развитию дуговой сварки в защитных газах. Н. Г. Славянов впервые выдвинул идею о необходимости защиты ванны и ее металлургической обработки. В частности, он предложил подбрасывать в сварочную ванну ферросплавы и стекло. Развитие этой идеи на первом этапе привело к созданию покрытия электродов, а впоследствии - способа дуговой сварки под слоем гранулированного флюса.
        Способы дуговой сварки неплавящимся и плавящимся электродами Н. Н. Бенардосом и Н. Г. Славяновым были запатентованы, кроме России, во Франции, Бельгии, Великобритании, Италии, Германии, Швеции, Норвегии, Дании, Испании, Швейцарии, Соединенных штатах Америки, Австро-Венгрии и в ряде других стран. До настоящего времени в мировой технической литературе часто эти основные виды сварки называют по их имени - способ Бенардоса и способ Славянова.
        Разработанные в 90-х гг. XIX века газовая и термитная сварка уже в начале XX века стали широко применяться и временно обогнали в своем развитии дуговую сварку. Однако в дальнейшем, главным образом в связи с разработкой ряда

4

    вопросов металлургии сварки, дуговая сварка стала основным промышленным способом, широко используемым при изготовлении и ремонте металлических конструкций. Этому способствовала и механизация процессов дуговой сварки, особенно разработка автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и в защитном газе.
        Разработка новых видов сварки продолжается и по настоящее время. Это электронно-лучевая, лазерная, ультразвуковая, диффузионная сварка, сварка трением и взрывом и др. Сваркой уже соединяют не только металлы, но и многие неметаллические материалы (даже кости скелета при лечении переломов и биологических тканей). Все виды сварки продолжают развиваться и совершенствоваться.
        Роль сварки в развитии техники очень велика. Она широко применяется в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве, во всех производствах, занятых обработкой металла и изготовлением всевозможных металлических изделий, - от мельчайших деталей, обрабатываемых при помощи микроскопов, до гигантских сварных конструкций, корпусов морских судов, трубопроводов и др.

5

2.    ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ НА ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

       В производственной технологической документации следует использовать термины, относящиеся к сварке и сварочному производству содержащиеся в государственных стандартах ГОСТ 2601-84, ГОСТ Р ИСО 857-1-2009, ГОСТ Р ИСО 857-2-2009, ГОСТ Р ИСО 17659-2009, ГОСТ 11969-79, ГОСТ 19521-74, ГОСТ 29273-92, ГОСТ 30482-97.
       Термины, содержащиеся в справочной литературе, должны быть проверены на их соответствие государственным стандартам. Графическая часть технологической документации должна быть составлена с учетом требований нормативной документации, перечисленной в таблице 2.1.

Т а б л и ц а 2.1
Государственные стандарты на термины и технологическую подготовку сварочного производства

 Обозначение                                         
  стандарта    Наименование стандарта                
ГОСТ 2.312-72  ЕСКД. Условные изображения            
               и обозначения швов сварных соединений 
ГОСТ 2.410-68  ЕСКД. Правила выполнения чертежей     
               металлических конструкций             
ГОСТ 3.1001-81 ЕСТД. Общие положения                 
ГОСТ 3.1102-81 ЕСТД. Стадии разработки и виды        
               документов                            
ГОСТ 3.1705-81 ЕСТД. Правила записи операций         
               и переходов. Сварка                   
ГОСТ 4.44-89   СПКП. Оборудование сварочное          
               механическое. Номенклатура показателей
ГОСТ 4.140-85  СПКП. Оборудование электросварочное.  
               Номенклатура показателей              
ГОСТ 4.433-86  СПКП. Оснастка универсально-сборная.  
               Номенклатура показателей              

6

Окончание таблицы 2.1

      Обозначение                                               
       стандарта                 Наименование стандарта         
ГОСТ 14.004-83          Технологическая подготовка производства.
                        Термины и определения основных понятий  
ГОСТ 14.201-83          Обеспечение технологичности             
                        конструкции изделий. Общие требования   
ГОСТ 14.205-83          Технологичность конструкции изделий.    
                        Термины и определения                   
ГОСТ 2601-84            Сварка металлов. Термины и определения  
                        основных понятий                        
                        Сварка и родственные процессы.          
ГОСТ Р ИСО 857-1-2009   Словарь. Часть 1. Процессы сварки       
                        металлов. Термины и определения         
                        Сварка и родственные процессы. Словарь. 
ГОСТ Р ИСО 857-2-2009   Часть 2. Процессы пайки. Термины        
                        и определения                           
ГОСТ 11969-79           Сварка плавлением. Основные положения   
(Действует только в РФ) и их обозначения                        
ГОСТ Р ИСО              Технические требования                  
15607-2009              и аттестация процедур сварки металличе- 
                        ских материалов. Общие правила          
ГОСТ Р ИСО 17659-2009   Сварка. Термины многоязычные            
                        для сварных соединений                  
ГОСТ 19521-74           Сварка металлов. Классификация          
ГОСТ 29273-92           Свариваемость. Определение              
ГОСТ 30482-97           Сварка сталей электрошлаковая.          
                        Требования к технологическому процессу  
ГОСТ Р 53525-2009       Координация в сварке. Задачи            
                        и обязанности                           
ГОСТ Р 53690-2009       Аттестационные испытания сварщиков.     
                        Сварка плавлением. Часть 1. Стали       

        2.1. Термины

        Сварка - получение неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании.


7

    Виды сварки


        Ручная сварка - сварка, выполняемая человеком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника.
        Механизированная сварка - сварка, выполняемая с применением машин и механизмов, управляемых человеком.
        Автоматическая сварка - сварка, выполняемая машиной, действующей по заданной программе, без непосредственного участия человека.
        Сварка плавлением - сварка, осуществляемая местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления.
        Наплавка - нанесение посредством сварки плавлением слоя металла на поверхность изделия.
        Дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой.
        Дуговая сварка плавящимся электродом - дуговая сварка, выполняемая электродом, который, расплавляясь при сварке, служит присадочным металлом. Сварка плавящимся электродом.
        Дуговая сварка неплавящимся электродом - дуговая сварка, выполняемая не расплавляющимся при сварке электродом. Сварка неплавящимся электродом.
        Дуговая сварка под флюсом - дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. Сварка под флюсом.
        Дуговая сварка в защитном газе - дуговая сварка, при которой дуга и расплавляемый металл, а в некоторых случаях, и остывающий шов, находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. Сварка в защитном газе (недопустимо - газоэлектрическая сварка).
        Аргонодуговая сварка - дуговая сварка, при которой в качестве защитного газа используется аргон.
        Дуговая сварка в углекислом газе - дуговая сварка, при которой в качестве защитного используется углекислый газ. Сварка в углекислом газе.
        Подводная дуговая сварка - подводная сварка (недопустимо - дуговая сварка под водой).

8

        Импульсно-дуговая сварка - дуговая сварка, при которой дугу дополнительно питают импульсами тока по заданной программе.
        Ручная дуговая сварка - дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача электрода и его перемещение проводятся вручную.
        Механизированная дуговая сварка - дуговая сварка, при которой подача плавящегося электрода или присадочного металла или относительное перемещение дуги и изделия выполняются с помощью механизмов. Полуавтоматическая дуговая сварка.
        Автоматическая дуговая сварка - механизированная дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача плавящегося электрода или присадочного металла и относительное перемещение дуги и изделия осуществляются механизмами без непосредственного участия человека, в том числе и по заданной программе.
        Двухдуговая сварка - дуговая сварка, при которой нагрев осуществляется одновременно двумя дугами с раздельным питанием их током.
        Многодуговая сварка - дуговая сварка, при которой нагрев осуществляется одновременно более чем двумя дугами с раздельным питанием их током.
        Двухэлектродная сварка - дуговая сварка, при которой нагрев осуществляется одновременно двумя электродами с общим подводом сварочного тока (недопустимо - сварка расщепленным электродом).
        Многоэлектродная сварка - дуговая сварка, при которой нагрев осуществляется одновременно более чем двумя электродами с общим подводом сварочного тока.
        Дуговая сварка по флюсу - дуговая сварка, при которой на свариваемые кромки наносится слой флюса, толщина которого меньше дугового промежутка. Сварка по флюсу.
        Точечная дуговая сварка - дуговая сварка без перемещения электрода в плоскости, перпендикулярной его оси, в виде отдельных точек.

9

        Вибродуговая сварка - дуговая сварка плавящимся электродом, который вибрирует, вследствие чего дуговые разряды чередуются с короткими замыканиями.
        Сварка лежачим электродом - дуговая сварка, при которой неподвижный покрытый электрод укладывается вдоль свариваемых кромок, а дуга перемещается по мере расплавления электрода.
        Плазменная сварка - сварка плавлением, при которой нагрев проводится сжатой дугой. Плазменно-дуговая сварка (недопустимо - сварка плазменной дугой).
        Электрошлаковая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Шлаковая сварка.
        Электронно-лучевая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия ускоренных электронов.
        Лазерная сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера.
        Газовая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.
        Термитная сварка - сварка, при которой для нагрева используется энергия горения термитной смеси.

    Сварка с применением давления

        Наварка - нанесение слоя металла на поверхность изделия посредством сварки с применением давления.
        Контактная сварка - сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока.
        Стыковая контактная сварка - контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Стыковая сварка.
        Стыковая сварка оплавлением - стыковая контактная сварка, при которой нагрев металла сопровождается оплавлением стыкуемых торцов. Сварка оплавлением.


10