Сварка вертикальных швов: как правильно выполнять

В чем проблема? Сварка вертикальных швов – один из наиболее сложных видов сварочных работ. Обуславливается это пространственным положением стыка и стремлением расплава стечь из сварочной ванной.

Что делать? Для выполнения такого шва необходимо соблюдать правила: верно настроить силу тока (должна быть на 10-15 % ниже, чем при обычной сварке), подобрать нужный диаметр электрода, использовать определенный способ соединения кромок.

Технология сварки вертикальных швов

Сварка вертикальных швов имеет некоторые особенности. Сварочная ванна при таком положении стекает вниз под действием силы тяжести, поэтому работа усложняется. Для того чтобы это стекание свести к минимуму, необходимо обеспечить достаточно высокую вязкость металла. Это достигается за счет понижения температуры участка расплавления до определенного предела.

Вместе с тем существует опасность, что при низкой температуре металл может расплавляться не в полной мере, это ухудшит качество соединения. По этой причине при ММА-сварке операция выполняется путем кратковременных касаний электродом и его отвода в сторону. В результате происходит ускоренная кристаллизация металла, который, затвердев, как бы формирует полочку, создающую опору для следующей порции раскаленного металла. Следовательно, положение электрода при сварке вертикальных швов имеет определяющее значение.

Для того чтобы правильно варить сваркой вертикальные швы, требуется обеспечить ускоренную кристаллизацию зоны расплава. Для этого в идеале длина дуги не должна превышать половины диаметра электрода, однако для выполнения такой операции требуется исключительно высокая квалификация сварщика.

На практике используется такая дина дуги, которая примерно равна диаметру электрода, а последний имеет обычно диаметр не более 3 мм. Оптимальным направлением движения является траектория снизу вверх. В этом случае сварка вертикальных швов порошковой проволокой или электродом обеспечивает образование утолщения из металла, которое поддерживает сварочную ванну.

Листы металла должны надежно фиксироваться между собой короткими прихватками, чтобы избежать их смещения в процессе выполнения работы. Электрод необходимо держать под углом не менее 45 градусов относительно плоскости заготовки. Если этот угол прямой, то возрастает риск прожога материала.

Читайте также: «Как выполнить точечную сварку своими руками»

Для качественной сварки рекомендуется понизить показатель сварочного тока на 10-20 % по сравнению с проведением такой же работы в горизонтальном положении. Скорость выполнения операции низкая, при этом размеры ванны необходимо непрерывно контролировать, чтобы она не превышала определенную площадь, на которой жидкая фракция может удерживаться на поверхности металла.

При соединении листов металла, имеющих толщину более 4 мм, необходимо выполнять поперченные движения электродом. Соблюдение этого правила значительно повышает качество шва. На практике чаще всего используется метод движения «ёлочкой».

Требования и подготовка к сварке вертикального шва

Для правильной сварки вертикальных швов необходимо соблюдать ряд условий:

• Поверхности заготовок в области сварки должны быть тщательно зачищены напильником, металлической щеткой, другим абразивным инструментом.
• Выполняется сборка и прихватка. Прихватка представляет собой сварной шов малой длины, который обеспечивает фиксацию заготовок в процессе из соединения. Поскольку при расплавлении металл расширяется и деформируется, есть риск, что детали поведет. Предотвратить это помогают прихватки.
• Размеры прихваток определяются толщиной соединяемых листов. Обычно высота их составляет 0,5-0,7 от толщины листов, длина – от 10 до 30 мм, а расстояние между соседними прихватками – 150-250 мм.
• Осматриваются детали после окончания сварки. Проверяется зазор между заготовками, угол скоса кромок (при необходимости), смещение заготовок по отношению друг к другу.

Условия качественного сваривания вертикальных швов

Для правильного изготовления вертикальных швов ручной электрической сваркой требуется следующее:

• Мощность сварочного тока должна быть на 10-15 % ниже, чем при выполнении аналогичной операции в горизонтальном положении. Это гарантирует необходимую вязкость металла и позволяет предотвратить его стекание сверху вниз.
• Подбор оптимального тока необходимо выполнять на тестовой детали, начинать работу надо со средних значений мощности.
• При самопроизвольном погашении электрода, прилипании дуги, плохом горении мощность необходимо повысить.
• При прожоге металла, в который проваливается ванна, необходимо понизить мощность сварного тока. Шаг регулировки при этом составляет 5 А, как при понижении, так и при повышении. Таким образом достигается оптимальное значение, позволяющее соблюсти правильную технику сварки стыковых швов в вертикальном положении.
• Сварка выполняется на короткой дуге, то есть при минимальном расстоянии между электродами и ванной, обычно она составляет 0,5-1 диаметр электрода, но в любом случае не более 3 мм.

При большой длине дуги неизбежно возникают прогары, металл нагревается и деформируется сильнее, образуются наплывы. В результате не удается обеспечить высокое качество шва. Также при несоблюдении технологии могут образовываться подрезы, то есть углубления между швом и заготовкой.

3 способа сварки вертикальных швов

При выполнении сварки вертикальных швов электродом используются три способа: снизу вверх, сверху вниз, с отрывом электрода от металла. Квалифицированные сварщики пользуются преимущественно методом В2 – снизу вверх, когда электрод движется из нижней крайней точки к верхней. Технология В1 – сверху низ – применяется реже, в ней электрод ведется из верхней крайней точки шва в нижнюю.

Сварщики без опыта предпочитают пользоваться методом с отрывом электрода, он несколько проще. Дуговая сварка вертикальных швов выполняется из нижней точки к верхней, при этом электрод зажигается в момент касания металла, делается сварочная точка, после чего электрод отрывается. Далее процедура выполняется до окончания шва.

Читайте также: «Сварка оцинкованных труб: способы, ограничения»

Для методов В1 и В2 лучше подходят электроды с основным покрытием, а для сварки с отрывом дуги – с рутиловым покрытием. В последнем случае дуга зажигается легче, однако при этом образуется много шлака, поэтому в целом процесс несколько осложняется. Во время работы бывает трудно понять, где в ванне находится металл, а где расплавленный шлак. По этой причине у неопытных рабочих появляется такой дефект, как зашлаковка шва.

Рассмотрим в деталях способы, используемые профессиональными сварщиками, – В1 и В2.

Снизу вверх

Этот метод облегчает контроль сварочной ванны и позволяет проваривать швы большой протяженности. Электрод сначала приваривает крайнюю нижнюю точку и постепенно поднимается к верхнему краю шва.

Сварка начинается с розжига электрода и его прогрева при дуге, длина которой в 2-3 раза больше диаметра электрода. Это позволяет избежать прилипания электрода, через 2-3 секунды длина дуги уменьшается до 0,5-1 диаметра электрода.

Теперь сама сварка. Сначала наплавляется валик небольшого размера. При толщине листа свыше 3 мм сначала следует сделать корневой проход, то есть медленно вести электрод снизу вверх без колебательных движений либо с возвратно-поступательными движениями вдоль кромок.

В дальнейших проходах электрод двигается от одной кромки к другой, поднимаясь вверх.

При приваривании сваркой вертикальных швов необходимо выдерживать оптимальную скорость операции. Если ее выполнять излишне медленно, то металл может начать стекать вниз под собственной силой тяжести, если же варить очень быстро, то есть риск не проварить металл должным образом, и шов не получится прочным.

При отсутствии опыта сварщик может использовать следующий метод: сварка ведется таким образом, чтобы верхняя точка сварочной ванны находилась на одном уровне с верней кромкой электрода.

Важен и угол электрода по отношению к поверхности деталей. Он должен составлять 45-50 градусов.

Если необходимо проварить металл на большую глубину, то электрод наклоняют почти под прямым углом к заготовке. Если же металл стекает, то электрод наклоняют в направлении, противоположном течению сварочной ванны, расплав при этом удерживается давлением электрода.

Для заполнения разделки нужно выполнять колебательные манипуляции электродом. Чаще всего используются траектории движения по треугольнику, полумесяцу, букве Z.

Сверху вниз

Эта технология сложнее, чем предыдущая, так как необходимы особые электроды. Шов будет шире при меньшей глубине провара. Такой способ подходит для соединения тонколистовых заготовок и позволяет не прожигать их насквозь.

Читайте также: «Сварка цветных металлов: особенности технологических процессов»

Для возбуждения дуги электрод располагают под углом 90 градусов по отношению к поверхности детали. После ее зажигания электрод наклоняют к сварочной ванне и за счет давления не позволяют расплавленному металлу стекать вниз.

Операция выполняется путем колебательных движений электрода. Как правило, выбирают траекторию в виде буквы Z либо полумесяца.

Рассматриваемая технология характерна для сварки вертикальных швов полуавтоматом, при дуговой сварке она практически не применяется.

Движения электрода при сварке вертикальных швов

Для сварки вертикальных стыковых швов обычно используют следующие способы движения электрода:

• Колебательные движения, пересекающие стык.
• Возвратно-поступательные движения параллельно стыку.
• Прямолинейные движения.

Колебательные движения электрода дают возможность формировать широкие швы – до 4 диаметров электрода, что повышает скорость работы, особенно при сварке заготовок толщиной свыше 20 мм.

Корневой проход сваривается путем выполнения возвратно-поступательных и прямолинейных движений. Этот же способ подходит для заготовок малой толщины и из нержавеющей стали. Соединение получается прочным и аккуратным, при этом в ходе сварки хорошо видно, где в ванне находится металл, а где шлак. При такой технологии проще сохранять неизменную скорость и длину дуги, поэтому данным методом удобнее варить малоопытным рабочим.

Возвратно-поступательные (для рутиловых стержней)

Вертикальные швы при толщине заготовки не более 5 мм, а также сварку корневого (первого) шва следует выполнять при помощи возвратно-поступательных движений. Для этого применяются рутиловые стержни.

Особенность данной технологии в следующем.

• Воспламеняется дуга, шов проваривается на длину 5-10 мм.
• Электрод прикладывается к точке на 1/3 сваренной ранее зоны.
• Стержень двигается вверх, проваривается 10-15 мм. Операция циклически повторяется.

Операция позволяет получить сварной валик примерно 1,3-1,5 диаметра электрода в ширину.

«Ёлочка»

При сварке вертикального шва инвертором технология несколько отличается.

• Сначала в нижней крайней точке делается небольшая полочка из остывшего металла, которая не позволит сварочной ванне стекать вниз.
• Стержень ведется вверх и вправо, а затем он отводится вниз.
• Стержень ведется вверх и влево, потом снова отводится вниз.
• Операция циклически повторяется до полного заваривания шва.
• Чтобы шов получился ровный и аккуратный, необходимо поддерживать неизменную скорость движения электрода.

Треугольник

Данный метод дает возможность сваривать детали большой толщины, получая за один проход шов толщиной до 4 диаметров электрода. Он хорошо подходит для тавровых соединений. Технология следующая:

• Воспламеняется дуга, свариваемый материал разогревается.
• В нижней точке необходимо наплавить полочку, которая удерживает сварочную ванну.
• Сварка начинается по центру, дуга воспламеняется и на полсекунды удерживается в статичном положении.
• Электрод сдвигается на правую кромку и удерживается на ней на пару секунд.
• Смещаемся на левую кромку и останавливаемся на ней.
• Перемещаем электрод на центр стыка и циклически повторяем операцию, останавливаясь на каждой кромке по центру, пока шов не будет закончен.

Задержка электрода должна выполняться так, чтобы шов получался ровным, не образовывалось выпуклостей на поверхности метала и подрезов.

Полумесяцем и Z-образными движениями

Z-образные движения и перемещения полумесяцем делаются следующим образом:

• Полочка должна быть ориентирована вниз.
• Воспламеняется дуга, металл разогревается.
• Стержень двигается от одной кромки к другой с постоянной скоростью.

Если эта технология применяется для облицовки, то следует размещать электрод под углом 90 градусов. Это позволит избежать чрезмерной выпуклости соединения. Во время заполнения угол делается острее.

Часто задаваемые вопросы о сварке вертикальных швов

Как контролировать мощность тока при сварке вертикально углового шва?

Мощность тока, оптимального для вертикальной сварки, вычисляется следующим образом.

I = K * d

I – означает мощность сварочного тока в амперах.

K – коэффициент.

d – диаметр стержня (мм).

Надо помнить, что необходимо уменьшить мощность тока на 10 % при сварке вертикальных швов, а для потолочных швов еще ниже – на 20 % от номинальной.

Как сварить потолочное соединение?

Это операция сложна и доступна далеко не каждому сварщику. Алгоритм ее выполнения следующий:

• Электрод располагается под углом 90 градусов относительно плоскости детали.
• Дуга имеет малую длину.
• Электрод двигается с низменной высокой скоростью.
• Для расширения участка сваривания необходимо перемещать электрод по круговой траектории.

Во время выполнения работ обязательно нужно использовать средства индивидуальной защиты.

Какие достоинства имеет электрошлаковая технология сварки при выполнении вертикальных соединений?

При использовании данной технологии между кромками на стыках и медными пластинами (являются частью оборудования, применяемого в данной методике) образуется ванна с жидким шлаком. Это позволяет всего за один проход получать толстое прочное соединение, при этом толщина свариваемых листов практически не ограничена. Экономия получается не только на электроэнергии, но и на электродах.

Вертикальная сварка требует надежной фиксации деталей, предотвращающей их смещение относительно друг друга. Также необходимо уделить внимание выбору правильной технологии и учесть толщину соединяемых заготовок. Многое зависит от квалификации сварщика.