Ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA или MMAW), также известная как дуговая сварка в защитном металлическом корпусе (SMAW), дуговая сварка в защитном флюсе или сварка стержнем, представляет собой процесс, при котором дуга возникает между металлическим стержнем, покрытым электродным флюсом, и заготовкой. И стержень, и поверхность детали плавятся, образуя сварной шов.

Ручная дуговая сварка металла была впервые изобретена в России в 1888 году. В ней использовался стержень из чистого металла без покрытия из флюса для защиты от газа.

Разработка электродов с покрытием происходила в начале 1900-х годов, когда в Швеции был изобретен процесс Кьельберга, а в Великобритании - квазидуговой метод. Следует отметить, что применение электродов с покрытием было медленным из-за их высокой стоимости. Однако было неизбежно, что по мере роста спроса на качественные сварные швы ручная металлическая дуга стала синонимом покрытых электродов.

Когда между металлическим стержнем (электродом) и заготовкой возникает дуга, стержень и поверхность заготовки плавятся, образуя сварочную ванну из расплавленного металла. Одновременное плавление флюсового покрытия на стержне приводит к образованию газа и шлака, которые защищают сварочную ванну от окружающей атмосферы. Шлак затвердеет и остынет, и его необходимо удалить с валика сварного шва после завершения цикла сварки (или перед нанесением следующего прохода).

Этот процесс позволяет получить только короткие отрезки сварного шва, прежде чем новый электрод нужно будет вставить в держатель сварочного электрода. Проплавление шва невелико, а качество готового наплавленного металла во многом зависит от квалификации сварщика.

Типы флюсов / электродов

Для зажигания дуги между электродом и основным металлом, например углеродистой сталью, и для получения сварного шва хорошего качества, сварщик должен обеспечить, чтобы его сварочные аппараты были оснащены подходящими электродами. На стабильность дуги, глубину проникновения, скорость осаждения металла и возможности позиционирования в значительной степени влияет химический состав флюсового покрытия на электроде.

Электроды можно разделить на три основные группы:

• Целлюлозный
• Рутил
• Базовый

Целлюлозные электроды содержат большое количество целлюлозы в покрытии и характеризуются глубоко проникающей дугой и высокой скоростью выгорания, что обеспечивает высокие скорости сварки. Наплавленный металл может быть крупным, а удаление шлака жидким шлаком может быть затруднено. Эти электроды удобны в использовании в любом положении и известны тем, что используются в технике сварки «дымоход».

Особенности:

• глубокое проникновение во все позиции
• пригодность для сварки сверху вниз
• достаточно хорошие механические свойства
• высокий уровень образования водорода - риск растрескивания в зоне термического влияния (HAZ)

Электроды с рутиловым покрытием содержат высокую долю оксида титана (рутила) в покрытии. Оксид титана способствует легкому зажиганию дуги, плавному срабатыванию дуги и малому разбрызгиванию. Эти электроды представляют собой электроды общего назначения с хорошими сварочными свойствами. Их можно использовать с источниками питания переменного и постоянного тока и во всех положениях. Электроды особенно подходят для сварки угловых швов в горизонтальном / вертикальном (H / V) положении.

Особенности:

• умеренные механические свойства металла сварного шва, такие как прочность на разрыв
• хороший профиль валика за счет вязкого шлака
• возможна позиционная сварка жидким шлаком (содержащим фторид)
• легко удаляемый шлак

Основные сварочные электроды содержат большое количество карбоната кальция (известняк) и фторида кальция (плавиковый шпат) в покрытии. Это делает их шлаковое покрытие более жидким, чем рутиловое покрытие - оно также быстро замерзает, что способствует сварке в вертикальном и верхнем положении. Эти электроды используются для сварки изделий среднего и тяжелого сечения, где требуется более высокое качество сварного шва, хорошие механические свойства и устойчивость к растрескиванию (благодаря высокой прочности).

Особенности:

• металл шва с низким содержанием водорода
• требует высоких сварочных токов / скоростей
• плохой профиль валика (выпуклый и грубый профиль поверхности)
• удаление шлака затруднено

Электроды из металлического порошка содержат добавку металлического порошка к флюсовому покрытию для увеличения максимально допустимого уровня сварочного тока. Таким образом, для данного размера электрода скорость осаждения металла и эффективность (процент нанесенного металла) увеличиваются по сравнению с электродом, не содержащим порошка железа в покрытии. Шлак обычно легко удаляется. Электроды из железного порошка в основном используются в плоском и горизонтальном / вертикальном положениях, чтобы использовать преимущества более высоких скоростей наплавки. Эффективность от 130 до 140% может быть достигнута для рутиловых и основных электродов без заметного ухудшения характеристик искрения, но дуга имеет тенденцию быть менее сильной, что снижает проникновение валика.

Электроды теперь доступны в герметичных контейнерах. Эти вакуумные упаковки устраняют необходимость в обжиге электродов непосредственно перед использованием. Однако, если контейнер был открыт или поврежден, необходимо повторно просушить электроды в соответствии с инструкциями производителя.

Источник питания

Электроды могут работать от источников питания переменного и постоянного тока. Не все электроды постоянного тока могут работать от источников переменного тока, однако электроды переменного тока могут использоваться как на переменном, так и на постоянном токе.

Транзисторная (инверторная) технология теперь позволяет производить очень маленькие и сравнительно легкие источники питания. Эти источники питания находят все более широкое применение для сварки на стройплощадках, где их можно легко переносить с работы на работу. Поскольку они имеют электронное управление, доступны дополнительные устройства для сварки TIG и MIG, которые увеличивают гибкость.

Сварочный ток

Уровень сварочного тока определяется размером электрода - нормальный рабочий диапазон и ток рекомендуются производителями. Типичные рабочие диапазоны для выбора размеров электродов показаны в таблице. Как показывает опыт, при выборе подходящего уровня тока для электрода требуется около 40 А на миллиметр (диаметр). Следовательно, предпочтительный уровень тока для электрода диаметром 4 мм будет 160 А, но приемлемый рабочий диапазон - от 140 до 180 А.