Как провести настройку сварочного тока и выбрать правильный диаметр электрода

Сварочный ток

Большинство сварных аппаратов работают на постоянном токе. Отличие постоянного тока от переменного в том, что постоянный ток не изменяются по направлению и по величине. Тем самым он обеспечивает стабильность горения дуги. Единственный минус постоянного тока в процессе соединения металлов – это возможность появления эффекта магнитного дутья. Оно возникает при соединении больших конструкций, когда постороннее магнитное поле (от намагниченных изделий) воздействует на магнитное поле дуги. Дуга в этом случае начинает «выбегать» за пределы области нахождения шва и стабильность горения резко снижается. С данным минусом можно бороться путем

• ограждения места работы специальными экранами, защищающими от «лишних» магнитных полей
• заземления свариваемых поверхностей
• определить возможные варианты для использования переменного тока

Плюс работы на постоянном токе – стабильно горящая дуга и возможность выбора полярности. Прямую полярность называет еще электрод-отрицательной, обратную — электрод-положительной. Обратная полярность возникает при присоединении электрода к плюсу, а металл к минусу. При прямой полярности все наоборот. Отличие между полярностями в следующем. Законы физики гласят, что куда присоединить плюс, тот элемент и нагревается больше. Таким образом, при прямой полярности нагревается больше металлическое изделие. Эту полярность нужно использовать для соединения толстых деталей, так как для этого процесса как раз и нужно большее расплавление металла для получения хорошего шва. Если прямую полярность использовать на тонком изделии — оно «сгорит» и шов получится некачественным. Для тонких металлов проводят обратную полярность.

Величина силы тока определяется характеристиками конкретного сварочного аппарата. В современных моделях эти показатели указываются в инструкции. Если по каким-то причинам инструкция у вас отсутствует, тогда силу тока можно выбрать в зависимости от диаметра используемого электрода. Не допускается использование силы тока, которая больше подходящей конкретному электроду. В этом случае покрытие электрода, при каком осуществляется соединение, будет повреждено, дуга будет работать нестабильно. Использование слишком большого размера электрода также плохо влияет на процесс соединения металлов: плотность тока снижается, дуга «убегает», ее длина изменяется, сварной шов ровным и качественным не получается.

Основы электричества

Электрический ток в металлических проводниках представляет собой направленное движение свободных электронов вдоль проводника, включенного в электрическую цепь. Движение электронов в электрической цепи происходит благодаря разности потенциалов на зажимах источника (т.е. его выходного напряжения).

Электрический ток может существовать только в замкнутой электрической цепи, которая должна состоять из:

— источника тока (аккумулятор, генератор, …);
— потребителя (лампа накаливания, нагревательные приборы, сварочная дуга и т.д.);
— проводников, соединяющих источник питания с потребителем электрической энергии.

Электрический ток обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой I (i).

Единица измерения силы электрического тока – ампер (обозначается А).

Сила тока измеряется при помощи амперметра, который включается в разрыв электрической цепи.

В отличие от электрического тока, напряжение на зажимах источника питания или элементах цепи существует независимо от того, замкнута электрическая цепь или нет.

Напряжение обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой U (u).

Единица измерения величины напряжения – вольт (обозначается В).

Величина напряжения измеряется при помощи вольтметра, который подключается параллельно к участку электрической цепи, на котором производится измерение.

Провода и токоприемники, включенные в электрическую цепь, оказывают сопротивление прохождению тока.

Электрическое сопротивление обычно обозначается латинской прописной буквой R.

Единица измерения сопротивления электрической цепи – ом (обозначается Ом).

Величина электрического сопротивления измеряется омметром, который подключается к концам измеряемого участка цепи, при этом по измеряемому участку цепи не должен протекать ток.

Электрическая цепь может быть составлена так, что начало одного сопротивления соединяется с концом другого. Такое соединение называется последовательным.

В электрической цепи с последовательным подключением сопротивлений (потребителей), существуют следующие зависимости.

Общее сопротивление такой цепи равно сумме всех этих отдельных сопротивлений:

R = R₁ + R₂ + R₃

Так как ток проходит последовательно одно за другим все сопротивления, его величина на всех участках цепи одинакова.

Сумма падений напряжений на всех участках электрической цепи равна напряжению на клеммах источника:

Uист = Uab + Ucd

Величина падения напряжения на отдельном участке электрической цепи равна произведению величины тока в цепи на электрическое сопротивление этого участка.

Если в электрической цепи с одной стороны соединены все начала сопротивлений, а с другой – все их концы, то такое соединение называется параллельным.

Общее сопротивление такой цепи меньше сопротивления любой из составляющих ее ветвей.

Для цепи с двумя параллельно подключенными сопротивлениями общее сопротивление вычисляется по формуле:

R=R1 * R2 / (R1 + R2)

Каждое дополнительное сопротивление при параллельном подключении снижает общее сопротивление такой цепи. В балластном реостате используется схема параллельного подключения сопротивлений. Поэтому при включении каждого дополнительного «ножа» общее сопротивление балластного реостата снижается, а ток в цепи возрастает.

На участке цепи с параллельным подключением ток разветвляется, проходя одновременно по всем сопротивлениям:

i = i₁ + i₂ + i₃

Все сопротивления параллельной цепи находятся под одинаковым напряжением:

Uab = U₁ = U₂ = U₃

Что такое электроды постоянного и переменного тока

Электродом называют отрезок металлической проволоки, предназначенный для подведения электричества к заготовке. Изделия делятся на 2 вида:

• плавящиеся;
• тугоплавкие.

Изделия первого типа снабжены обмазкой. Она выполняет следующие функции:

1. Образует защитный газ.
2. Служит источником легирующих элементов.
3. Поддерживает горение дуги за счет легкоионизируемых элементов. Для протекания электротока нужны свободные носители заряда. Присутствие в промежутке между расходником и заготовкой, помимо электронов, прочих ионов стабилизирует процесс.

Плавящиеся электроды делятся на виды:

• универсальные — работают на любом виде электричества;
• для сварки на постоянном напряжении.

Электроды сварочные.

Схема тиристорного и симисторного регулятора тока

Такие элементы использовались в старых сварочных аппаратах. Их встраивали в первичную или вторичную обмотку трансформатора.

Принцип действия приборов таков:

1. Управляющий элемент тиристора получает сигнал от регулятора. Это способствует открытию полупроводника. Диапазон длительности сигналов широк.
2. Увеличение параметра способствует изменению времени начала полупериода электротока. Из-за этого его средняя сила снижается или повышается.

Главным недостатком схемы является увеличение времени нулевых значений. Дуга укорачивается, гаснет в процессе сварки. Для устранения такого эффекта в цепь включают дроссели.

Схема тиристорного регулятора мощности.

Варим, режем

Если вы работаете с тонкими листами металла, вам необходимо правильно подобрать электрод небольшого диаметра и величину сварочного тока. Если, к примеру, толщина края вашей детали 0,8 мм, диаметр электродов должен быть 1,8 мм. Ну а сварочный ток должен достигать 35 А. Варить нужно с помощью прерывистых движений.

Вопрос какими электродами варить решается с учетом вида сварки и природы металла.

Поджигаем электрод и размещаем его точно по месту планируемого отверстия. Давим для хорошего прогрева. Переставляем электрод, снова давим и греем. И так до прорезывания отверстия нужной формы и величины.

Если вы режете листовой металл, то лист нужно фиксировать вертикально. В этом случае капли расплавленного металла будут стекать вниз, в противном случае вы рискуете получить внизу реза застывшие металлические сосульки.

Если говорить честно, то вся резка металлов сварочным аппаратом, даже самым продвинутым инвертором – не самая лучшая идея с технической точки зрения. Всегда есть риск плавки металла на месте реза – метал может попросту выплавиться. Лучший способ резки металла – болгарка.

Марки электродов для переменного и постоянного тока

На переменном токе можно варить расходниками:

1. ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12 (рутиловыми). Предназначены для сварки углеродистых сталей.
2. МР-3. Созданы для соединения низкоуглеродистых сталей. Рекомендованы начинающим сварщикам. Обеспечивают высокое качество соединения даже при наличии на заготовках грязи, ржавчины и влаги. Разновидность МР-3С предназначена для высокоуглеродистых и низколегированных сталей.
3. АНО-4, АНО-6, АНО-21. Первая марка создана для низкоуглеродистых сталей, средняя — для углеродистых, третья — для высокоуглеродистых и низколегированных.
4. WP. Вольфрамовые расходники.
5. WL-15 и WL-20. Легированные вольфрамовые расходники.

Следующими электродами варят только на постоянном электротоке:

1. УОНИ-13/55. Считаются лучшими для изготовления ответственных конструкций из углеродистой стали. При затухании дуги расплавленная обмазка сразу застывает на торце электрода, поэтому для повторного розжига его следует зачистить.
2. ОЗЛ-8. Предназначены для сталей, легированных хромом и никелем. Используются при изготовлении узлов, испытывающих высокие нагрузки; создают прочный, устойчивый к окислению шов. Необходимо обеспечить плавное остывание металла, иначе возможно его растрескивание.
3. Kobelco LB-52U (Япония). Созданы для изготовления ответственных конструкций из низкоуглеродистой стали. Часто применяются при отсутствии возможности выполнить двухстороннее обваривание, например при монтаже трубопроводов. Чувствительны к влажности обмазки, потому нуждаются в предварительной прокалке при температуре 300°С.
4. ESAB OK 61.30 (Швеция). Электрод для нержавеющей стали.

Как варить шов

При сварке в нижнем положении никаких сложностей не возникает даже у начинающего сварщика. А вот все остальные положения требуют знания технологии. Для каждого положения есть свои рекомендации. Техника выполнения сварных швов каждого типа рассмотрена ниже.

Сварка вертикальных швов

Во время сваривания деталей, находящихся в вертикальном положении, расплавленный металл под действием силы тяжести сползает вниз. Чтобы капли не отрывались, используют более короткую дугу (кончик электрода находится ближе к сварной ванне). Некоторые мастера, если позволяют электроды (не залипают), вообще их опирают на деталь.

Подготовка металла (разделка кромок) проводится в соответствии с типом соединения и толщиной свариваемых деталей. Затем их фиксируют в заданном положении, соединяют с шагом в несколько сантиметров короткими поперечными швами  — «прихватками». Эти швы не дают деталям смещаться.

Вертикальный шов можно варить сверху-вниз или снизу-вверх. Удобнее работать снизу-вверх: так дуга толкает сварную ванну вверх, препятствуя ее опусканию вниз. Так проще сделать качественный шов.

Как варить вертикальный шов снизу-вверх: положение электрода и возможные движения

В этом видео  показано, как правильно варить вертикальный шов электросваркой с движением электрода снизу-вверх без отрыва. Продемонстрирована также техника короткого валика. В этом случае движения электрода происходят только вверх-вниз, без горизонтального смещения, шов получается почти плоским.

Выполнять соединение деталей в вертикальном положении можно с отрывом дуги. Для начинающих сварщиков это может быть более удобным: за время отрыва металл успевает остыть. При таком способе можно даже опирать электрод на полочку сварного кратера. Так проще. Схема движений практически такая же, как без отрыва: из стороны в сторону, петельками или «коротким валиком» — вверх-вниз.

Как варить вертикальный шов с отрывом смотрите в следующем видео. В этом же видеоуроке показывается влияние силы тока на форму шва. В общем случае ток должен быть на 5-10 А меньше рекомендованного для данного типа электрода и толщины металла. Но, как показано в видео, это не всегда справедливо и определяется экспериментально.

Иногда варят вертикальный шов сверху-вниз. В этом случае при розжиге дуги  держите электрод перпендикулярно к свариваемым поверхностям. После розжига в таком положении прогрейте металл, потом опустите электрод и варите уже в таком положении. Сварка вертикального шва сверху-вниз не очень удобна, требует хорошего контроля сварной ванны, но и таким способом можно добиться неплохих результатов.

Как варить вертикальный шов электросваркой сверху-вниз: положение электрода и движения его кончика

Как варить горизонтальный шов

Горизонтальный шов на вертикальной плоскости можно вести как справа-налево, так и слева-направо. Разницы нет никакой, кому как удобнее, тот так варит. Как при сваривании вертикального шва, ванна будет стремиться вниз. Потому угол наклона электрода достаточно большой. Его подбирают в зависимости от скорости движения и параметров тока. Главное, чтобы ванна оставалась на месте.

Сварка горизонтальных швов: положение электрода и движения

Если металл стекает вниз, увеличивайте скорость движения, меньше прогревая металл. Еще один способ — делать отрывы дуги. За эти короткие промежутки металл немного остывает и не стекает. Также можно немного снизить силу тока. Только все эти меры применяйте поэтапно, а не все сразу.

В видео ниже показано, как правильно сваривать металл в горизонтальном положении. Вторая часть ролика о вертикальных швах.

https://youtube.com/watch?v=eNo05v10ToM

Потолочный шов

Этот вид сварного соединения — самый сложный. Требует высокого мастерства и хорошего контроля сварной ванны. Для выполнения этого шва электрод держат под прямым углом к потолку. Дуга короткая, скорость движения — постоянная. Выполняют в основном круговые движения, расширяющие шов.

Как осуществляется расчет скорости сварки

Скорость сварки находится в прямой зависимости от размера тока, поэтому вначале следует разобраться с ним. Расчет сварочного тока производится с помощью формул.

Существуют формулы, по которым скорость сварки рассчитывается в зависимости от значения силы тока. Она в свою очередь может быть рассчитана по формуле сварочного тока. Грамотно применив формулу расчета сварочного тока, можно найти его значение и выбрать оптимальную величину скорости сварки, которая зависит от различных характеристик.

Так, например, зная параметры наплавляемого металла и значение тока, можно применить такую формулу:

αн — это коэффициент наплавки;γ — плотность металла электрода в г/см3;Fн — площадь металла в см2.

Коэффициент наплавки αн зависит от характеристик электрода. Под площадью металла понимается площадь поперечного сечения свариваемого шва при условии однопроходного варианта или одного слоя, если осуществляется многослойное покрытие.

Для расчета этой характеристики необязательно применять формулу скорости сварки. Помочь могут нормативные документы, в которых содержатся рекомендации по выбору для каждого типа металла. При задаче как рассчитать скорость сварки можно ориентироваться не только на формулы, но и на указанные в них значения.

Выбор сварочного тока при ручной дуговой сварке

Род и полярность сварочного тока

Увеличение силы сварочного тока способствует росту глубины проплавления (провару).
Род сварочного тока и его полярность также влияют на форму и размеры сварного
шва. Если сварка металла
производится постоянным током обратной полярности, то глубина проплавления получается
на 40-50% больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности из-за того,
что на катоде и аноде происходит выделение разного количества теплоты. Сварка
переменным током уменьшает проплавление металла на 15-20%, по сравнению со сваркой
постоянным током обратной полярности.

Сила сварочного тока

Сила сварочного тока определяется, главным образом, исходя из диаметра электрода.
Но на её значение, также, может влиять вылет электрода, состав покрытия и пространственное
положение сварного соединения. Увеличение силы сварочного тока способствует
увеличению производительности сварочных работ, т.е. количество наплавляемого
металла выше.

Но, при излишне большой силе тока для данного диаметра электрода, он перегревается,
и это приводит к снижению качества сварки и разбрызгиванию металла. Если сила
тока недостаточна для электрода, то электрическая дуга получается неустойчивая,
часто обрывается, что приводит к таким дефектам
сварного шва, как непровары.

Значение силы тока при сварке конструкционных сталей, вычисляют по следующим
формулам:
для электродов диаметром менее 3мм: I=30d;
для электродов диаметром 4-6мм: I=(20+6d);
для электродов диаметром более 6мм: I=(40…50)d;

Где I — сила сварочного тока, А; d — диаметр электрода, мм.

Сила тока при ручной дуговой сварке может очень сильно изменяться: от 50 до
350А. При её расчёте в формулы вносят поправки, в зависимости от свариваемой
толщины и пространственного положения сварного соединения.

При толщине свариваемых деталей от 1,3d до 1,6d, силу сварочного тока, найдённую
по формулам, снижают на 10-15%. Если толщина свариваемого металла составляет
более 3d, то силу тока увеличивают на 10-15%. Для сварки вертикальных швов,
а также для сварки потолочных швов, расчётную силу тока снижают на 10-15%.

Особенности практического определения

Как было указано выше, сварщики с большим опытом способны определить показатели силы тока и диаметра стержнем самостоятельно без применения специальных таблиц, нормативных документов и таблиц. Чтобы выполнить расчеты им достаточно знать размеры заготовок и основные характеристики металлов.

Для облегчения может использоваться таблица сварочных токов для инвертора:
 

При помощи нее можно с легкостью установить подходящие настройки для сваривания металлических изделий с определенной толщиной. Дополнительно стоит учитывать указания, которые имеются в инструкции для расходников и сварочного оборудования. Но имеются формулы, по которым могут производиться расчеты тока.

Если расходники имеют диаметр 4 мм и более 6 мм, то для них стоит использовать следующую формулу:I = (20 + 6d) d В ней под значением I понимается ток, который выражается в Амперах. Под d — показатель диаметра электродов, он выражается в миллиметрах.

Сила тока при сварке электродом 3 мм и меньше высчитывается с использованием немного другой формулы:I = 30 d

А вот для выполнения расчетов напряжения при применении стержней с диаметром 3-4 мм рекомендуется выполнять расчеты по формуле:I = 40 d

Стоит отметить! На деле расчетные значения всегда изменяются и исправляются. Часто делают корректирование в меньшую сторону, уменьшение производится на 10-15 %.

Особенности длины дуги

На выбор и расчет режимов сварки оказывает влияние длина дуги, а именно расстояние от конца стержня до заготовки. Этот критерий зависит от выбранных стержней, обычно он указывается в специальных таблицах.

Стоит отметить! Чтобы получить прочное сварное соединение и качественное проваривание требуется добиться единого значения длины дуги по всей области шва. Для этого требуется опыт и определенные навыки.

Для стержней с диаметром 4 мм показатель длины дуги должен быть 4,5 мм. Сохранить данное состояние в течение сварочного процесса достаточно тяжело. Обычно для этих целей применяются сварочные каретки.

Подбор силы тока

Диаметр расходных материалов подбирается согласно толщине свариваемой детали, не говоря уже о размерах шва и способа сварки. Если необходимо заварить поверхность шириной в 3-5 мм, то диаметр следует выбирать 3-4. До 8 мм ширины вполне достаточно 5 электрода. Для каждого из этих положений нужно выбирать свое количество Ампер:

• Ток при сварке электродом 3 мм должен лежать в пределах от 65 до 100 А. Такой разброс зависит от металла и выбранного положения. Для начала рекомендуется ставить среднее значение, в данном случае 80 А.
• Сила тока при сварке электродом 4 мм лежит в пределах от 120 до 200 А. Это один из наиболее распространенных видов диаметра, который используется в промышленности, так как он подходит для работы, как с большими, так и мелкими швами.
• При 5 мм потребуется сила от 160 до 250 А, в зависимости от положения и выбранного типа металла. Это достаточно массивный расходный материал и количество Ампер здесь зависит от требуемой глубины проварки. Чтобы сделать ванную глубиной более 5 мм потребуется максимально полная мощность. Для стандартных режимов достаточно будет силы в 200-220 А. Для длительной работы с такими вещами следует иметь качественный и надежный трансформатор достаточной мощности.
• 6-8 мм электроды нуждаются в минимум 250 А, хотя для тяжелых работ может потребоваться значение в 300-350 А.

Настройка сварочного тока

Стоит отметить, что современная тенденция производства компактных сварочных аппаратов для домашнего использования делает все более востребованными расходные материалы толщиной в 1; 1,5; 2 мм. Для таких значений подойдет сила от 30 до 45 А, но при этом регулировка на аппарате должна быть достаточно плавная, так как тут даже небольшая погрешность может оказаться критической.

Таблица соотношения электрода и сварочного тока

Режим подбора тока для сварки стандартных стыковых соединений:

Разновидность шва	Диаметр,мм	Ток, А	Толщина металла на заготовке, мм	Зазор до сварки, мм
1-сторонний	3	180	3	1.9
2-сторонний	4	220	5	1.5
2-сторонний	5	260	7-8	1.5-2
2-сторонний	6	330	10	2

Также можно воспользоваться универсальной таблицей для широкого диапазона:

Толщина заготовки,мм	0,5	1-2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16
Толщина электрода,мм	1	1,5-2	3	3-4	4	4-5	5	6-8
Сила тока, А	10..20	30..45	65..100	100..160	120..200	150..200	160..250	200..350

Рекомендации

Напряжение при сварке током на современных аппаратах выставляется автоматически, так что этот параметр не берется в особый расчет. Для самых распространенных операций следует иметь все необходимые данные у себя под рукой. Также не стоит забывать, что у каждого аппарата имеются свои погрешности, поэтому, следует регулировать все по собственному усмотрению, отталкиваясь от заданных режимов.

Азы электросварки

Сварное соединения металла на сегодня — самое надежное: куски или детали сплавляются в единое целое. Происходит это в результате воздействия высоких температур. Большинство современных сварочных аппаратов для расплавления металла используют электрическую дугу. Она разогревает металл в зоне воздействия до температуры плавления, причем происходит это на небольшой площади. Так как используется электрическая дуга, то и сварка называется электродуговой.

Это не совсем правильный способ сварки)) Как минимум, вам нужна маска

Виды электросварки

Электрическая дуга может образовываться как постоянным, так и переменным током. Переменным током варят сварочные трансформаторы, постоянным — инверторы.

Работа с трансформатором — более сложная: ток переменный, потому сварная дуга «скачет», сам аппарат — тяжелый и громоздкий. Еще немало напрягает шум, который издает при работе и дуга и сам трансформатор. Имеется еще одна неприятность: трансформатор сильно «садит» сеть. Причем наблюдаются значительные скачки напряжения. Этому обстоятельству очень не рады соседи, да и ваша бытовая техника может пострадать.

Технология сварочных работ

Для возникновения электрической дуги необходимы два токопроводящих элемента с противоположными зарядами. Один — это металлическая деталь, а второй — электрод.

При касании электрода и металла, имеющих разную полярность, возникает электрическая дуга.  После ее появления, в том месте, куда она направлена, начинает плавиться металл детали. Одновременно плавится металл стержня электрода, переносясь с электрической дугой в зону плавления: сварную ванну.

Как образуется сварная ванна. Без понимания этого процесса вы не поймете, как варить металл правильно (Чтобы увеличить размер картинки щелкните по ней правой клавишей мышки)

В процессе также горит защитное покрытие, частично плавясь, частично испаряясь и  выделяя некоторое количество раскаленных газов. Газы окружают сварную ванну, защищая металл от взаимодействия с кислородом. Их состав зависит от типа защитного покрытия. Расплавленный шлак также покрывает металл, способствуя еще и поддержанию его температуры. Чтобы правильно варить сваркой, необходимо следить за тем, чтобы шлак покрывал сварную ванну.

Сварной шов получается при движении ванны. А двигается она при перемещении электрода. В этом и заключается весь секрет сварки: нужно с определенной скоростью передвигать электрод

Важно также в зависимости от требующегося типа соединения правильно подбирать его угол наклона и параметры тока

По мере остывания металла на нем формуется корка шлака  — результат горения защитных газов. Она также защищает металл от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. После остывания его оббивают молотком. При этом разлетаются горячие осколки, потому защита глаз обязательна (надевайте специальные очки).

О том, как сделать из баллона или бочки мангал можно прочесть тут. Как раз попрактикуетесь.