Ручная дуговая сварка (РДС) – дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача электрода и его перемещение производятся вручную.

РДС выполняется покрытыми электродами, и позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях (нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном). Схема процесса РДС показана на рис. 4.7. Дуга 11 горит между стержнем 2 электрода и металлом заготовок 3. Температура дуги 6000…7000 ^оС. В соответствии с полярностью, показано прямое включение, т.е. направление движения электронов 10 совпадает с направлением стекания капель металла 4. Температура катода (электрода) и анода составляет соответственно 2400 ^оС и 2600 ^оС. Вместе со стержнем плавится и покрытие 1 электрода, образуя, защитную газовую атмосферу 9 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 8 на поверхности жидкого металла 5. Шлаковая ванна и ванна жидкого металла образуют сварочную ванну. По мере продвижения дуги, сварочная ванна затвердевает, образуя, сварной шов 6 и твердую шлаковую корку 7.

Рис. 4.7. Схема процесса РДГ: 1 - покрытие; 2 – стержень; 3 – заготовки;

4 – капли расплавленного металла электрода; 5 – ванна жидкого металла;

6 –шов; 7 – шлаковая корка; 8 – шлаковая ванна; 9 – газовая атмосфера;

10 – электроны; 11 – дуга.

Стержни плавящихся электродов изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых, титановых сплавов, меди и медных сплавов. Для сварки сталей применяют холоднотянутую, гладкую стальную проволоку диаметром от 1, 6 до 6, 0 мм с уменьшенным содержанием серы и фосфора. В обозначении марки стали добавляют «Св» - сварочная (содержание серы или фосфора не более 0, 04%).

Электродное покрытие включает в себя ряд компонентов и обеспечивает:

1. Стабильное горение дуги за счет присутствия соединений щелочных и щелочноземельных металлов с низким потенциалом ионизации (калий, натрий, кальций). Электроды для сварки постоянным током этого компонента не имеют, поэтому они не применимы для сварки переменным током. Торец этих электродов окрашивается красным цветом.

2. Защиту металла сварочной ванны от взаимодействия с кислородом и азотом за счет создания слоя шлака и газовой атмосферы, оттесняющей воздух.

Шлаковая защита. К шлакообразующим компонентам относятся марганцевая руда, рутил (TiO2), плавиковый шпат (CaF2), мрамор (CaCO3) др. Шлакообразующие компоненты расплавляются под действием тепла дуги, обволакивают капли расплавленного электродного металла и вместе с ней попадают в сварочную ванну. Имея удельный вес меньший, чем у расплавленного металла, шлак всплывает на поверхность расплава, обеспечивая защиту сварочной ванны от кислорода воздуха и, одновременно, замедляют охлаждение сварочной ванны.

Газовая защита. К газообразующим веществам относятся органические вещества (крахмал, целлюлоза…). Под действием тепла дуги газообразующие вещества сгорают, создавая собственную газовую атмосферу.

3. Раскисление металла сварочной ванны путем введения химических элементов более активных к кислороду, чем основной металл заготовок. Для сварки сталей, в качестве раскислителей используют ферромарганец, ферросилиций, алюминий и др. раскисление идет по следующим реакциям: 2FeO+ Si = SiO2+2Fe; FeO+Mn = MnO+Fe. образующиеся при этом нерастворимые в железе окислы (SiO2, MnO) всплывают на поверхность шлаковой ванны и уходят в шлак. 4. Легирование металла шва за счет введения в покрытия легирующих компонентов – ферросплавов или чистых металлов, который при сварке переходят в металл шва. связывание компонентов покрытия между собой и с электродной проволокой (связующие вещества). Например: жидкое натриевое стекло (Na2O(SiO)2), желатин. Режимы сварки подбираются в зависимости от: материала и толщины свариваемых заготовок; пространственного положения сварного шва; требований к сварному шву. Основным параметром режима РДС является сварочный ток (I св). Величина тока подбирается по эмпирическим формулам: для электродов диаметром до 3 мм: I св= kd э; для электродов диаметром 3… 6 мм: I св=(20+6 d э) d э, где: k – плотность сварочного тока, в А/мм (для сварки низкоуглеродистых сталей k = 35… 60); d э – диаметр электрода в мм. Напряжение дуги изменяется в пределах 16…30 В. Скорость сварки выбирается сварщиком и лежит в пределах 5…7 м/мин. Производительность процесса РДС ограничивается величиной сварочного тока. При больших токах: перегревается стержень электрода и отслаивается обмазка; возможно разбрызгивание металла. Производительность РДС определяют по формуле: Q = I свα н, где Q – производительность, в г/час;  н – коэффициент наплавки: α н= G н/ I св t, где: G н – масса наплавленного металла, в г; t – время, в с. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей,  н лежит в пределах 8…14 г/ А час.

Дуговая сварка под слоем флюса – дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. ДСФ характеризуется применением непокрытых электродов (сварочной проволоки) 6 (рис. 4.8), а место горения дуги закрыто слоем 1 порошкообразного флюса (толщиной 30…50 мм). Флюс расплавляется теплом дуги и образует, шлаковую корку 8. сварочная проволока 6, намотанная в кассету 7, подается в зону сварки роликовым механизмом подачи 5. При горении дуги 12 между заготовками 14 и электродной проволокой (электродом) образуется ванна расплавленного металла 11 закрытая сверху расплавленным шлаком 2 и слоем нерасплавленного флюса. Пары и газы, получаемые в зоне сварки, образуют воздушную газовую полость 13, и оттесняют жидкий металл, в сторону, противоположную направлению сварки. У основания дуги остается тонкий слой жидкого металла, обеспечивающий глубокий провар основного металла. Дуга зажигается за счет подачи высокочастотного импульса тока. Источник питания 9 обеспечивает постоянное напряжение сварки и высокочастотное импульсное напряжение зажигания дуги. Напряжение на сварочную проволоку передается через контактный мундштук 4. Вся зона сварки закрыта слоем флюса 3 подаваемого из бункера 3. ДСФ выполняют неподвижными подвесными сварочными головками; передвижными сварочными автоматами (сварочными тракторами) и шланговыми сварочными полуавтоматами. Перемещение шланговых сварочных полуавтоматов и подвесных сварочных головок произв

Основные преимущества ДСФ по сравнению РДС состоят в: повышении производительности процесса сварки в 5…20 раз; повышении качества (и стабильности качества) шва; уменьшении себестоимости производства одного погонного метра шва. Повышение производительности происходит за счет использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процесса сварки. Применение не покрытого электрода позволяет приблизить токопровод (контактный мундштук) на расстояние 30…50 мм от дуги, что устраняет опасный разогрев электрода на больших токах. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла (не более 2…5%), и позволяет более полно использовать тепловую мощность дуги (КПД составляет 0, 9…0, 95%, коэффициент наплавки составляет 18…20 г/А час) Увеличение тока позволяет сваривать металл толщиной до 20 мм за один проход без разделки кромок. Так как температура плавления шлака несколько ниже, чем основного металла, то шов застывает медленно, что обеспечивает выход на поверхность неметаллических и газовых включений и высокое качество сварного шва. Повышение качества сварного шва обеспечивается так же получением более высоких механических свойств наплавленного металла вследствие: надежной защиты зоны сварки и сварного шва слоем флюса; интенсивного раскисления и легирования вследствие большого объема жидкого шлака; сравнительно медленной кристаллизации расплавленного метала в сварочной ванне, что обеспечивает выход на поверхность сварного шва не металлических включений и газов; сравнительно медленного охлаждения сварного шва под флюсом и твердой шлаковой коркой; улучшение формы и поверхности сварного шва и постоянства его размера по всей длине. К недостаткам ДСФ можно отнести: ограниченную маневренность сварочных автоматов; возможность сварки труднодоступных мест или криволинейных швов только в полуавтоматическом режиме; выполнении сварки главным образом в нижнем положении.