СПОСОБ РУЧНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ, ЭЛЕКТРОД И СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ

1. Способ ручной дуговой сварки стальных конструкций с толщиной заготовок 0,5-3,5 мм плавящимся толстопокрытым электродом рутилового типа, который включает следующие этапы:
(а) выбирают толстопокрытый плавящийся электрод с содержанием оксидов титана в шлаковообразующей компоненте покрытия 30-80 мас.%, с диаметром его металлического сердечника d 1,6-6 мм и с отношением его внешнего диаметра D к диаметру сердечника (D/d) 1,45-2,3;
(б) подают электрическое напряжение холостого хода на электрод относительно стальной конструкции в диапазоне 60-100 В, необходимое для зажигания и поддержания дугового разряда между электродом и заготовками стальной конструкции, с положительной полярностью на электроде;
(в) зажигают электрическую дугу кратковременным касанием заготовки электродом;
(г) отодвигают электрод от стальной конструкции для формирования дугового промежутка с зазором между стальной конструкцией и электродом от 0,4·d до 1,4·d;
(д) обеспечивают горение дежурной дуги через указаный дуговой промежуток с величиной тока 5-25 А, недостаточной для нагрева заготовок стальной конструкции до их температуры плавления;
(е) при горящей дежурной дуге перемещают электрод относительно стальной конструкции и устанавливают его напротив выбранной части стальной конструкции с зазором дугового промежутка;
(ж) увеличивают силу тока через дуговой промежуток до пиковой величины сварочного тока, достаточной для нагрева выбраной части стальной конструкции до температуры плавления в течение сварочного импульса;
(з) удерживают силу тока через дуговой промежуток на пиковой величине сварочного тока в течение сварочного импульса с продолжительностью t от (δ+Δ) до (12·δ+Δ) [с], а предпочтительнее от (2·δ+Δ) до (12·δ+Δ) [с],
где
2
δ=(Н/2·τ),
2
Δ=(d/16·θ),
Н - толщина заготовки, мм,
d - диаметр металлического сердечника электрода, мм,
2
τ - температуропроводность металла заготовки, мм/с,
2
θ - температуропроводность металла сердечника электрода, мм/с].
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этапы (б), (в), (г), (д), (е), (ж) и (з) повторяют в цикле для формирования повторяющихся импульсов сварочного тока, разделенных интервалом времени с продолжительностью дольше, чем длительность сварочного импульса t, до соединения заготовок стальной конструкции.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончанию этапа (з) силу тока через дуговой промежуток снижают до величины 5-25 А, недостаточной для нагрева заготовок стальной конструкции до их температуры плавления, и удерживают в течение интервала времени с продолжительностью дольше, чем длительность сварочного импульса t, а предпочтительнее от 4·t до 12·t
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что по окончанию этапа (з) силу тока через дуговой промежуток снижают до величины 5-25 А, недостаточной для нагрева заготовок стальной конструкции до их температуры плавления, и удерживают в течение интервала времени с продолжительностью дольше, чем длительность сварочного импульса t, а предпочтительнее от 4·t до 12·t.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что этапы (б), (в), (г) и (д) не повторяют.
6. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что пиковую величину сварочного тока выбирают от (-30+41·d-2,8·d·d) до (116,5-35,8·d+11,2·d·d),
где d - диаметр сердечника сварочного электрода, мм.
7. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что на этапе (з) силу тока через дуговой промежуток дополнительно модулируют путем переключения между величиной тока дежурной дуги 5-25 А и пиковой величиной сварочного тока на частоте 50-500 Гц, а преимущественно 50-300 Гц, с коэффициентом заполнения импульсов 25-75%.
8. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что на этапе (з) силу тока через дуговой промежуток дополнительно модулируют путем переключения между величиной тока дежурной дуги 5-25 А и пиковой величиной сварочного тока на частоте 50-500 Гц, а преимущественно 50-300 Гц, с коэффициентом заполнения импульсов 50%, а пиковую величину сварочного тока выбирают от (-151+120·d-13,6·d·d) до (-61,4+92,9·d-7,9·d·d),
где d - диаметр сердечника сварочного электрода, мм.
9. Покрытый электрод для ручной сварки, включающий металлический сердечник и флюсовое покрытие-обмазку на сердечнике, отличающийся тем, что его металлический сердечник выполнен с диаметром d 1,6-6 мм, а толщина покрытия-обмазки выполнена с отношением внешнего диаметра покрытого электрода D к диаметру его сердечника (D/d) 1,45-2,3, а преимущественно 1,7-2,3, причем состав покрытия включает оксиды титана в количестве 30-80 мас.%, а преимущественно 35-80 мас.%.
10. Покрытый электрод для ручной сварки по п.9, отличающийся тем, что толщина покрытия-обмазки выполнена с отношением внешнего диаметра покрытого электрода D к диаметру его сердечника (D/d) 1,7-2,3, а состав покрытия дополнительно содержит стальной порошок в количестве 25-100% по массе от остальных компонентов покрытия.
11. Покрытый электрод для ручной сварки по п.9 или 10, отличающийся тем, что сердечник электрода выполнен из нержавеющей стали аустенитно-ферритного типа с содержанием хрома 20-30 мас.% и никеля 9,5-22 мас.%, а преимущественно хромоникелевого стального сплава по ГОСТ 20Х20Н14С2, EN 1.4828, AISI 309.
12. Сварочный аппарат инверторного типа для ручной сварки покрытым штучным электродом, с возможностью поддержания на выходе напряжения холостого хода 60-100 В или выпрямленного тока с возможностью регулирования в диапазоне 5-160 А, а предпочтительно 5-250 А, содержащий:
- две силовые клеммы вывода тока, а именно, клемму для тока положительной полярности и клемму для тока отрицательной полярности;
- два силовых соединительных кабеля, а именно, кабель с держателем электрода и с возможностью соединения к клемме положительной полярности, и другой кабель с зажимом для соединения с заготовками и с возможностью соединения к клемме отрицательной полярности;
- источник управляющего напряжения;
- генератор импульсов для включения и управления током сварочного аппарата, где указанный генератор импульсов выполнен с возможностью включения при подаче управляющего напряжения на первый его входной разъем, и с возможностью переключения режимов управления током сварочного аппарата при подаче управляющего напряжения на второй его входной разъем;
- доступные для оператора тумблеры переключения и поворотные ручки-регуляторы;
- кнопку-переключатель возвратного типа с парой нормально открытых контактов, укрепленную на держателе электродов,
- исполнительную схему, содержащую следующие компоненты:
- реле-таймер с парой нормально разомкнутых контактов и с доступными для оператора ручками-регуляторами, где указанное реле-таймер выполнено на замыкание контактов при подаче управляющего напряжения и удержания контактов в регулируемом интервале времени 0,05-6 с;
- реле-датчик выходного тока сварочного аппарата с парой нормально разомкнутых контактов, где указанное реле-датчик выполнено на замыкание контактов с порогом срабатывания по току 5 А;
причем контакты указанного реле-датчика тока соединены в электрическую цепь последовательно с контактами указанной кнопки-переключателя с возможностью подачи управляющего напряжения через замкнутые контакты кнопки-переключателя и реле-датчика тока на реле-таймер, а контакты реле-таймера соединены в электрическую цепь последовательно с контактами кнопки-переключателя с возможностью подачи управляющего напряжения через замкнутые контакты кнопки-переключателя и реле-таймера на вход генератора импульсов для переключения выходного тока сварочного аппарата от фонового тока дежурной дуги 5-25 А до пикового тока с регулируемым значением 30-160 А, а предпочтительно 30-250 А.
13. Сварочный аппарат по п.12, отличающийся тем, что указанное реле-таймер выполнено в виде циклического реле таймера с независимо регулируемыми интервалами времени замыкания и времени размыкания контактов в диапазоне 0,05-6 с.
14. Сварочный аппарат по п.13, отличающийся тем, что указанная исполнительная схема дополнительно содержит следующие компоненты:
- переключатель с фиксацией и с доступным для оператора тумблером,
- второе циклическое реле-таймер с парой нормально замкнутых контактов и с доступными для оператора ручками-регуляторами, где указанное второе реле-таймер выполнено на размыкание-замыкание этих контактов с частотой 50-500 Гц, а преимущественно 50-300 Гц, и с регулируемым в диапазоне 0,25-0,75 коэффициентом заполнения для интервала времени замыкания при подаче управляющего напряжения,
причем контакты указанного второго реле-таймера соединены в электрическую цепь последовательно с контактами первого реле-таймера, с возможностью подачи управляющего напряжения через замкнутые контакты первого реле-таймера и второго реле-таймера на вход генератора импульсов для переключения тока, а контакты переключателя с фиксацией соединены в электрическую цепь последовательно к контактам реле-датчика тока с возможностью подачи управляющего напряжения на второе реле-таймер через замкнутые контакты указанной кнопки-переключателя, реле-датчика тока, и переключателя с фиксацией.
15. Сварочный аппарат по п.14, отличающийся тем, что указанное второе циклическое реле-таймер выполнено с коэффициентом заполнения для интервала времени замыкания около 1.
16. Сварочный аппарат по п.12, или 13, или 14, или 15, отличающийся тем, что указанное первое реле-таймер содержит дополнительную пару нормально разомкнутых контактов и дополнительную пару нормально замкнутых контактов, и это реле-таймер выполнено на замыкание нормально разомкнутых контактов и на размыкание нормально замкнутых контактов при подаче управляющего напряжения и удержания контактов в регулируемом интервале времени 0,05-6 с; а указанная исполнительная схема дополнительно дополнительно содержит:
- два разделительных диода;
- само-блокирующее реле-таймер с двумя парами нормально разомкнутых контактов, где указанное реле-таймер выполнено на замыкание и удержание контактов в регулируемом интервале времени 2-10 с при подаче управляющего напряжения;
причем дополнительная пара нормально замкнутых контактов подключена последовательно в электрическую цепь к указанному само-блокирующему реле-таймеру, а само-блокирующее реле-таймер соединено через разделительный диод в электрическую цепь последовательно с кнопкой-переключателем с возможностью подачи управляющего напряжения через замкнутые контакты кнопки-переключателя и через диод на само-блокирующее реле-таймер при замкнутых контактах первого реле-таймера, одна пара нормально разомкнутых контактов само-блокирующего реле-таймера соединена к источнику управляющего напряжения с возможностью подачи управляющего напряжения на само-блокирующее реле-таймер через эти контакты при замкнутых контактах первого реле-таймера, вторая пара нормально разомкнутых контактов само-блокирующего реле-таймера соединена к источнику управляющего напряжения с возможностью подачи управляющего напряжения на вход генератора импульсов для его включения через эти контакты, дополнительная пара нормально-разомкнутых контактов первого реле-таймера подключена в электрическую цепь через разделительный диод последовательно с контактами кнопки-переключателя с возможностью подачи управляющего напряжения через эти контакты на генератор импульсов для включения сварочного аппарата.