What is Shielded metal ARC welding (SMAW)? - guide

Дуговая сварка в защитной среде (SMAW), широко известная как палочная сварка, широко используется на протяжении десятилетий. Его универсальность, экономичность и простота сделали его незаменимым методом в различных отраслях промышленности. В этой статье мы расскажем о SMAW, принципах ее работы, областях применения, необходимом оборудовании и мерах предосторожности.

Дуговая сварка в защитной оболочке — один из самых архаичных видов сварки, возникший в 1890 году, когда Чарльз Л. Коффин запатентовал этот процесс. Дуговая сварка в защитной оболочке — это метод ручной дуговой сварки, который остается одним из наиболее широко применяемых сварочных процессов. Она может использоваться как для ремонтной сварки, так и для производства, и может применяться во всех положениях сварки на всех металлах из углеродистой стали.

При сварке в защитной среде электрическая дуга образуется между расходуемым электродом и сварочной лужей на основном материале. Эта электрическая дуга выделяет достаточно тепла, чтобы расплавить расходуемый электрод, а также поверхности металлов на основе железа. Шлак, образующийся при разложении покрытия электрода, защищает зону сварки от атмосферных загрязнений. Для защиты сварочной дуги и расплавленного металла при дуговой сварке в защитной среде могут использоваться покрытые электроды или электроды, оплавленные железным порошком. Сварщики должны тщательно выбирать тип используемого электрода в зависимости от типа образующихся газов и характеристик сплавляемых металлов. Образование шлака и оксидов должно быть сведено к минимуму с помощью раскислителей в покрытии электрода, чтобы получить высококачественные сварные швы. Понимание особенностей сварки в защитной среде позволяет повысить стабильность дуги, расширить возможности сварочных позиций и повысить общую целостность сварного шва.

Оглавление

Что такое SMAW?

SMAW — это процесс ручной дуговой сварки, в котором используется расходуемый электрод с флюсовым покрытием для создания дуги между электродом и основным металлом. Выделяемое тепло расплавляет электрод и основной металл, а флюс, покрывающий электрод, образует защитные газы и шлак, защищающие сварочную ванну от загрязнений по мере ее застывания. В результате получается высококачественная сварная шайба, соединяющая два металлических изделия.

Понимание процесса SMAW

Во время SMAW между держателем электрода, кабелем, источником сварочного тока, рабочим зажимом и заготовкой образуется электрическая цепь. Когда электрод касается заготовки, создается короткое замыкание, через которое проходит ток, выделяя тепло. Затем электрод слегка приподнимается, образуя электрическую дугу, температура которой может достигать 6500°F. Это тепло расплавляет электрод и поверхность основного металла, образуя сварочную ванну. Флюс также плавится и выделяет пары, которые защищают расплавленный металл, предотвращая его загрязнение. По мере сварки электрод расплавляется и подлежит замене по мере расходования. Оставшийся шлак также должен быть удален, чтобы показать готовый сварной шов.

Преимущество SMAW

Преимуществом SMAW является возможность работы в любом положении — плоском, горизонтальном, вертикальном и над головой. Он может сваривать материалы различной толщины, не требует защитного газа и очень портативен для работы на месте. Однако его применение ограничено более низкой скоростью осаждения по сравнению с другими методами сварки. Кроме того, для освоения манипуляций с электродами необходимо пройти сложный путь обучения.

Недостатки

  1. Медленная скорость осаждения — скорость осаждения при SMAW ниже по сравнению с другими сварочными процессами, такими как MIG/MAG или дуговая сварка с порошковым покрытием. Скорость добавления присадочного металла ниже.
  2. Трудоемкость — для выполнения качественных швов SMAW требуется высокая степень ручного мастерства. Сварщик должен тщательно контролировать и координировать положение электрода и поддерживать длину дуги. Это делает ее менее подходящей для автоматизированной или роботизированной сварки.
  3. удаление шлака — при сварке SMAW образуется шлак, покрывающий металл шва, который необходимо удалять щеткой или сколом после каждого прохода. Это дополнительный этап очистки.
  4. Ограниченные позиции — Хотя SMAW может сваривать во всех позициях, вертикальные и верхние позиции являются более сложными и могут потребовать специально разработанных электродов. Качество и возможность проплавления в сложных положениях снижаются.
  5. Дым и газы — при SMAW образуются дым и газы от покрытия электродов и расплавленного металла. Это требует надлежащей вентиляции зоны сварки, так как воздействие может быть опасным.
  6. Увеличение затрат — процесс в значительной степени зависит от мастерства сварщика. Для выполнения сложных работ могут потребоваться высококвалифицированные сварщики, что увеличивает стоимость проекта. Устранение дефектов также увеличивает расходы.
  7. Замена электродов — электроды SMAW сгорают по мере расходования, и их приходится часто менять. Это может нарушить рабочий процесс и замедлить выполнение задачи.

Напряжение SMAW

Напряжение, используемое в SMAW, зависит от толщины металла, типа электрода и положения шва. Обычно для SMAW требуется от 50 до 100 вольт. Более толстые металлы требуют более высокого напряжения для поддержания дуги, в то время как более тонкие материалы можно сваривать при более низком напряжении. Электроды, которые быстро плавятся, также требуют более высокого напряжения. При сварке в неположенном месте, например, в вертикальном или верхнем положении, также может использоваться более высокое напряжение по сравнению с плоскими швами. Правильный выбор напряжения обеспечивает достаточное выделение тепла и проплавление шва.

Электрический ток при сварке SMAW

Величина тока при SMAW сильно варьируется в зависимости от толщины электрода и основного металла. Нормальный диапазон силы тока составляет от 40 до 500 ампер. Для электродов меньшего диаметра, менее 1/8 дюйма, подходит ток менее 150 ампер. При сварке толстых листов используются электроды большого диаметра, требующие тока 350-500 ампер. Слишком малый ток может привести к плохому сплавлению или образованию отложений, а слишком большой ток — к повреждению электрода или заготовки. Сварщики SMAW должны выбирать электрод и регулировать ток в зависимости от толщины металла, чтобы сохранить качество.

Полярность SMAW

В большинстве случаев при сварке SMAW используется положительная полярность электрода постоянного тока (DCEP), при которой электрододержатель подключается к положительному полюсу источника питания. Это концентрирует тепло на электроде, увеличивая расплавление электрода и проплавление шва. Можно использовать переменный ток и отрицательную полярность электрода постоянного тока, но это менее распространено. Правильный выбор полярности электрода обеспечивает стабильные характеристики дуги и оптимальные свойства сварного шва. Неправильный выбор полярности сильно влияет на производительность. Понимание различий в полярности SMAW позволяет регулировать параметры в соответствии с потребностями каждого сварного шва.

Оборудование и безопасность SMAW

Для выполнения операций SMAW необходимо ключевое оборудование:

  • Источник питания, обеспечивающий 70-700 ампер для поддержания дуги
  • Держатель электродов, подключенный к источнику питания через кабель
  • Зажим заземления, прикрепляющий источник питания к заготовке
  • Разнообразные электроды с флюсовым покрытием, совместимые с типом основного металла

Правильное защитное снаряжение, включая огнестойкие перчатки, куртку и брюки, ботинки со стальными носками, головной щиток и респираторы, является жизненно важным условием безопасности. Рабочие зоны должны хорошо проветриваться. Обучение необходимо для понимания электрических опасностей, потенциального воздействия дыма, ожогов и поражения электрическим током. При соответствующей подготовке сварка SMAW может быть безопасной.

Электроды для SMAW

Дуговая сварка в защитной среде в значительной степени зависит от расходуемого электрода для получения качественных сварных швов. Состав и толщина электрода определяют тип основного металла, на котором выполняется процесс SMAW. Выбор оптимального электрода защищает целостность сварного шва при использовании этого метода ручной сварки.

Распространенные электроды SMAW имеют различную прочность, покрытие и положение при сварке в зависимости от их нумерации в спецификации AWS, например E6010 или E7018, о чем рассказано ниже:

E6010 — электрод общего назначения для углеродистых сталей, используется без специальной очистки поверхности. Одобрен для всех позиций. Используется во взрывоопасных зонах благодаря специальным покрытиям, обеспечивающим низкое содержание водорода.

E6011 — аналогичен E6010, но подходит для более тонких цветных металлов благодаря более плотной дуге. Ограничен плоскими и горизонтальными сварными швами. Требуются поверхности без ржавчины и масла.

E6013 — Глубоко проникающие электроды со средней плотностью покрытия, позволяющие использовать их на ржавых или неочищенных металлах. Стабильная дуга с меньшим количеством брызг и дыма. Сложны для вертикальных нисходящих сварных швов.

E7018 — уважаемый российский инженер Николай Славянов помог разработать эти универсальные электроды с низким содержанием водорода на основе целлюлозы и силикатных связующих. Способны обеспечить высокий уровень осаждения при сварке более тяжелых углеродистых сталей. Отличные механические свойства, но ограничены плоской/горизонтальной сваркой.

В новых электродах E7028 также используется железный порошок и другие запатентованные стабилизаторы дуги для вертикальной и верхней сварки без снижения качества шва, что приводит к сокращению повторных работ. Тем не менее, мастерство сварщика остается ключевым фактором для бездефектной многопроходной SMAW-техники.

Соблюдение спецификаций электродов и их правильное сопряжение с толщиной основного материала и типом шва имеет решающее значение для успешного применения ручной дуговой сварки металлов и предотвращения дорогостоящих отказов или дефектов шва, таких как прожоги. Консультация с опытным сварщиком поможет сузить круг возможных вариантов.

Использование ручной дуговой сварки металлов

Ручная дуговая сварка металлов (MMAW), также называемая дуговой сваркой металлов в защитной оболочке (SMAW) или сваркой палкой, является чрезвычайно универсальным процессом, используемым во многих отраслях промышленности. В основе MMAW лежит сварочный аппарат постоянного тока, обеспечивающий питание для создания дуги между расходуемым электродом и заготовкой. Этот процесс дуговой сварки в защитной оболочке может осуществляться с помощью трансформатора, выпрямителя или более современного инверторного сварочного оборудования с регулируемым сварочным током.

В процессе MMAW на электрод наносится флюс, в результате чего образуются газы, формирующие защитный слой шлака. Он покрывает расплавленный металл шва, защищая его во время охлаждения, чтобы предотвратить загрязнение атмосферы. При первом ударе по дуге электрод удерживается в плотном контакте с заготовкой, что позволяет протекать высокому сварочному току и зажигать плазменную дугу после контакта с флюсом. Затем электрод необходимо удерживать на оптимальном расстоянии от заготовки, чтобы поддерживать опасную плазму дуги, которая расплавляет электрод и основной металл для сварки. Шлак защищает свойства сварного шва.

Применение и преимущества

Являясь очень универсальным процессом, широко используемым во всем мире, MMAW в значительной степени зависит от мастерства оператора. Однако состав электрода напрямую контролирует характеристики и качество сварочной дуги, а также металлургические свойства готового сварного шва. Покрытые электроды, предназначенные для MMAW, доступны в более чем ста классификациях Американского сварочного общества (AWS) и таких производителей, как Lincoln Electric, и предназначены для различных металлов — от простой углеродистой стали до специальных сплавов. Использование подходящего электрода для основного материала имеет решающее значение.

Вот некоторые основные области применения и преимущества ручной дуговой сварки металлов:

Строительство и производство

  • Идеально подходит для стендов SMAW при возведении металлоконструкций с помощью ручной дуговой сварки с высоким коэффициентом осаждения. Часто используется для сварки трубопроводов.

Ремонт металла и оборудования

  • Универсальность MMAW позволяет выполнять ремонтные работы на месте для машин, инструментов, опор и компонентов. Может легко использоваться в ограниченном пространстве или на высоте.

Цистерны и транспортные средства

  • Используется для изготовления и обслуживания тягачей, трейлеров, барж, железнодорожных вагонов, полагаясь на портативность сварочного оборудования.

Оффшорные и удаленные объекты

  • Применяется даже в сырых условиях для ремонта и обслуживания с использованием базового сварочного оборудования и без отдельной подачи газа.

Соединение экзотических металлов

  • Специальные составы электродов со стабилизаторами дуги позволяют выполнять ручную дуговую сварку разнородных металлов, таких как бронза, медные сплавы и другие, не подходящие для MIG или TIG.

Единственным существенным недостатком MMAW является более низкая скорость осаждения по сравнению с другими популярными технологиями, такими как MIG, SUBARC или FCAW. Тем не менее, при правильном подборе приложений, соответствующих навыкам оператора, и электродов, соответствующих основным материалам, MMAW продолжает процветать как универсальный сварочный процесс.

Заключение


Подводя итог, можно сказать, что технология SMAW завоевала прочный статус в сварочном производстве благодаря своей гибкости, экономичности и простоте эксплуатации. Она остается незаменимым процессом во многих отраслях промышленности, где требуется высококачественная и универсальная технология сварки. При использовании надлежащего оборудования и соблюдении мер безопасности SMAW обеспечивает исключительные сварные швы, повышая производительность и рентабельность. Ее значение и применение будут продолжать расширяться в будущем.

Похожие записи