Виды сварки МК: РДС, полуавтомат, автомат под флюсом

Обзор видов сварки в производстве металлоконструкций

Сварка является основной технологической операцией при изготовлении металлоконструкций. От правильного выбора способа сварки зависят прочность сварных соединений, производительность процесса и итоговая себестоимость продукции. В заводских условиях применяют четыре основных метода: ручную дуговую сварку (РДС), полуавтоматическую в среде защитных газов (MIG/MAG), автоматическую под флюсом (SAW) и аргонодуговую (TIG). Каждый из них занимает свою нишу в производственном цикле и регламентируется соответствующими стандартами.

В данной статье разберём технологические особенности каждого вида сварки, области их применения при производстве строительных металлоконструкций, режимы и расходные материалы. Приведём сравнительные таблицы для обоснованного выбора метода в зависимости от толщины металла, пространственного положения шва и объёма работ.

РДС — ручная дуговая сварка покрытыми электродами (MMA/SMAW)

Ручная дуговая сварка — старейший и наиболее универсальный метод. Сварщик вручную ведёт покрытый электрод вдоль стыка, формируя шов. Покрытие электрода при плавлении создаёт газошлаковую защиту сварочной ванны от атмосферного воздействия. Метод регламентирован ГОСТ 5264-80 (типы соединений) и ГОСТ 14771-76 (общие требования).

Электроды для сварки металлоконструкций

Выбор электрода определяется маркой стали, пространственным положением шва и требованиями к механическим свойствам соединения. Основные типы электродов по ГОСТ 9467-75:

• Э42 — для рядовых конструкций из сталей С235, С245. Временное сопротивление наплавленного металла не менее 420 МПа. Представители: АНО-6, МР-3.
• Э46 — наиболее массовый тип для сталей С245–С255. Представители: МР-3, ОЗС-12, АНО-4. Хорошо работают на переменном токе, допускают сварку во всех положениях.
• Э50 — для ответственных конструкций из сталей С345–С375. Представители: УОНИ-13/55, ЛБ-52У. Обеспечивают повышенную ударную вязкость при отрицательных температурах.

Электроды УОНИ-13/55 (тип Э50А) с основным покрытием — стандартный выбор для ответственных стальных конструкций. Они дают наплавленный металл с низким содержанием водорода (менее 5 мл/100 г), что критически важно для предотвращения холодных трещин в швах на сталях повышенной прочности. Требуют прокалки при 350–400 °C перед использованием и работы на постоянном токе обратной полярности.

Электроды МР-3 (тип Э46) с рутиловым покрытием — рабочая лошадка для неответственных и рядовых конструкций. Легко зажигаются, стабильно горят на переменном токе, формируют аккуратный шов. Менее требовательны к квалификации сварщика и условиям хранения.

Область применения РДС в производстве МК

На современном производстве металлоконструкций доля РДС неуклонно снижается, однако метод незаменим в ряде ситуаций:

• Прихватки и сборка на кондукторах — короткие швы в труднодоступных местах.
• Сварка в монтажных условиях — при монтажной сварке на строительной площадке, где затруднена подача защитного газа.
• Ремонтные работы и устранение дефектов — точечные подварки после контроля качества.
• Сварка в потолочном и вертикальном положении — при ограниченном доступе к стыку.

Производительность наплавки при РДС составляет 1,0–2,5 кг/ч, что в 2–4 раза ниже полуавтоматической сварки. Коэффициент наплавки электродов УОНИ-13/55 — 9,0–10,5 г/(А·ч), МР-3 — 8,5–9,5 г/(А·ч). Этим обусловлено вытеснение РДС из серийного производства механизированными методами.

Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов (MIG/MAG)

Механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов (MAG) — основной метод при серийном и массовом производстве металлоконструкций. Сварочная проволока непрерывно подаётся механизмом через горелку в зону дуги, а защиту обеспечивает поток газа. Процесс регламентирован ГОСТ 14771-76.

Защитные газы и газовые смеси

В производстве МК используют два основных варианта газовой защиты:

Углекислый газ (CO2) — наиболее экономичный вариант. Обеспечивает глубокое проплавление, что важно для угловых швов тавровых соединений, составляющих до 80% объёма сварки на производстве МК. Недостатки: повышенное разбрызгивание (потери 5–15% проволоки), грубоватое формирование шва, окисление легирующих элементов.

Смесь Ar + 18–25% CO2 — оптимальное решение для ответственных конструкций. Аргон стабилизирует горение дуги, снижает разбрызгивание до 2–5%, улучшает формирование шва и повышает ударную вязкость наплавленного металла. Удорожание по газу компенсируется экономией на проволоке и зачистке.

Расход газа при полуавтоматической сварке составляет 8–20 л/мин в зависимости от режима и условий (в цеху или на открытом воздухе). На сквозняках расход увеличивают до 25 л/мин или применяют ветрозащитные экраны.

Сварочная проволока

Стандартная проволока для полуавтомата — Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70. Это омеднённая низколегированная проволока (0,8% Mn, 2% Si), обеспечивающая раскисление сварочной ванны в среде CO2. Диаметры:

• 0,8 мм — тонкий металл 1,5–3 мм, прихватки, корневые проходы.
• 1,0 мм — универсальный диаметр для толщин 3–10 мм, наиболее распространён на производстве МК.
• 1,2 мм — основной диаметр для серийного производства, толщины 6–20 мм. Оптимальное сочетание производительности и управляемости дуги.
• 1,6 мм — для тяжёлых конструкций с толщиной элементов более 16 мм, многопроходной сварки стыковых соединений. Высокая производительность наплавки — до 6–8 кг/ч.

Производительность наплавки при MAG-сварке: 3–8 кг/ч (против 1–2,5 кг/ч при РДС). При этом коэффициент использования проволоки достигает 95–98% (в смеси Ar + CO2), тогда как у покрытых электродов полезно используется лишь 55–65% массы. Это делает полуавтомат экономически выгодным даже с учётом затрат на газ.

Для сталей повышенной прочности С390 и выше применяют проволоки Св-08ГНМ, Св-08ГСМТ с дополнительным легированием никелем и молибденом для повышения хладостойкости.

Автоматическая сварка под флюсом (SAW)

Автоматическая сварка под слоем флюса — наиболее производительный метод, применяемый для длинных прямолинейных и кольцевых швов. Дуга горит между проволокой и деталью под слоем гранулированного флюса, который полностью изолирует зону сварки от атмосферы. Процесс регламентирован ГОСТ 8713-79.

Достоинства метода: высочайшая производительность (до 15–25 кг/ч наплавленного металла), глубокое стабильное проплавление, отличное формирование шва без разбрызгивания, минимальная зона термического влияния. Полное отсутствие светового излучения дуги повышает комфорт и безопасность.

Проволоки и флюсы

Для автоматической сварки под флюсом используют проволоку диаметром 3–5 мм (значительно толще, чем при полуавтомате). Основные марки:

• Св-08А — для углеродистых сталей С235–С255 в сочетании с кислыми флюсами.
• Св-08ГА — для сталей С255–С345, наиболее распространённая при производстве балочных конструкций.
• Св-10НМА — для высокопрочных сталей С390 и выше.

Флюсы классифицируются по химическому составу и способу изготовления:

• АН-348А — плавленый высококремнистый марганцевый флюс. Наиболее распространён на производстве МК. Обеспечивает стабильное горение дуги, хорошее формирование шва, лёгкую отделимость шлаковой корки. Применяется со сталями до С345 включительно.
• ОСЦ-45 — плавленый высококремнистый флюс. Аналогичен АН-348А по области применения, но даёт более мелкочешуйчатую поверхность шва. Широко используется при сварке двутавровых балок.
• АН-47 — низкокремнистый флюс для сварки низколегированных сталей повышенной прочности С345–С390. Обеспечивает повышенную ударную вязкость шва при низких температурах.

Расход флюса составляет 1,2–1,6 кг на 1 кг наплавленного металла. До 50–70% флюса можно собрать после сварки и использовать повторно (после просеивания и прокалки), что значительно снижает расходы.

Применение на производстве МК

Автоматическая сварка под флюсом — основной метод при изготовлении сварных двутавровых балок, составных колонн и подкрановых балок. Типичные операции:

• Сварка поясных швов двутавровых балок на автоматических линиях и стендах.
• Приварка рёбер жёсткости (при крупных сериях).
• Стыковые швы листовых полотнищ и обечаек.
• Кольцевые швы трубчатых элементов на вращателях.

Ограничения: метод применим только в нижнем положении (или «в лодочку»), что требует кантовки изделий. Минимальная толщина металла — 3 мм (на практике экономически целесообразен от 8 мм). Длина шва должна быть не менее 300–500 мм для выхода на стабильный режим.

TIG (аргонодуговая) сварка

Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона (TIG/GTAW) — метод, обеспечивающий наивысшее качество шва. Дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью, присадочный материал (пруток или проволока) подаётся в зону сварки вручную или автоматически.

В производстве строительных металлоконструкций из углеродистых и низколегированных сталей TIG-сварка применяется ограниченно из-за низкой производительности (0,5–1,5 кг/ч). Основные области использования:

• Нержавеющие стали — элементы ограждений, архитектурные конструкции, узлы из сталей 12Х18Н10Т, 08Х18Н10. TIG обеспечивает минимальное окисление хрома и сохранение коррозионной стойкости.
• Тонкий металл (1–3 мм) — декоративные элементы, обшивки, где важно не прожечь и обеспечить аккуратный шов.
• Корневые проходы стыковых швов ответственных конструкций — последующие проходы выполняют полуавтоматом или под флюсом.
• Алюминиевые конструкции — TIG на переменном токе разрушает оксидную плёнку Al2O3 и обеспечивает качественное сплавление.

Защитный газ — аргон высшего сорта (99,99%). Расход 6–12 л/мин. Вольфрамовые электроды: WT-20 (торированные, для постоянного тока) или WC-20 (церированные, универсальные), диаметры 1,6–3,2 мм.

Сравнительная таблица видов сварки

Параметр	РДС (MMA)	Полуавтомат (MAG)	Автомат под флюсом (SAW)	TIG (GTAW)
Производительность наплавки, кг/ч	1,0–2,5	3–8	10–25	0,5–1,5
Коэффициент наплавки, г/(А·ч)	8–11	12–18	14–20	6–10
Толщина металла, мм	2–60+	1,5–30	3–100+	0,5–6
Пространственные положения	Все	Все	Нижнее, «в лодочку»	Все
Разбрызгивание	Умеренное	Малое–среднее	Отсутствует	Отсутствует
Качество шва	Среднее	Хорошее	Высокое	Отличное
Использование расходных, %	55–65	90–98	95–99	95–99
Требования к квалификации	Средние	Средние	Низкие (оператор)	Высокие
Основной ГОСТ	ГОСТ 5264	ГОСТ 14771	ГОСТ 8713	ГОСТ 14771
Стоимость оборудования	Низкая	Средняя	Высокая	Средняя–высокая

Выбор способа сварки: критерии и рекомендации

Выбор метода сварки при проектировании технологического процесса определяется совокупностью факторов. Основные из них:

Толщина свариваемых элементов. Для толщин до 4 мм оптимален полуавтомат с проволокой 0,8–1,0 мм. Толщины 6–20 мм — основная область полуавтомата (проволока 1,0–1,2 мм) и автомата под флюсом. Для тяжёлых конструкций с элементами толщиной 20–60 мм и более — автомат под флюсом для поясных швов и полуавтомат (проволока 1,2–1,6 мм) для коротких и неудобных швов.

Протяжённость и конфигурация швов. Длинные прямолинейные швы (поясные швы балок, стыки листов) — однозначно автомат под флюсом. Короткие швы (150–300 мм), прерывистые швы, приварка мелких деталей — полуавтомат. Прихватки, подварки, труднодоступные места — РДС.

Пространственное положение. Если шов расположен в потолочном или вертикальном положении и изделие нельзя кантовать, выбор ограничен РДС, полуавтоматом (короткая дуга, импульсный режим) или TIG. Автомат под флюсом невозможен.

Серийность производства. При единичном и мелкосерийном производстве преобладает полуавтомат с элементами РДС. При крупносерийном — автоматические сварочные линии под флюсом с роботизированными полуавтоматическими постами на коротких швах.

Марка стали и требования к хладостойкости. Для сталей С345 и выше с требованиями по ударной вязкости при отрицательных температурах предпочтительны методы с низким содержанием водорода в наплавленном металле: полуавтомат в смеси Ar + CO2, автомат под флюсом с основными флюсами, РДС электродами с основным покрытием (УОНИ). Подробнее о расчёте нагрузок и выборе стали — в соответствующем разделе.

Рекомендуемые электроды и проволоки по маркам стали

Выбор сварочных материалов определяется маркой стали, классом прочности и эксплуатационными условиями конструкции. Ниже приведены рекомендации согласно СП 16.13330 и типовым проектам производства работ.

Марка стали (класс прочности)	РДС: электроды	MAG: проволока	SAW: проволока + флюс
Ст3сп, С235	Э42: АНО-6, МР-3	Св-08Г2С, d 1,0–1,2	Св-08А + АН-348А
С245, С255 (09Г2С до 10 мм)	Э46: МР-3, ОЗС-12	Св-08Г2С, d 1,0–1,2	Св-08ГА + АН-348А
С345 (09Г2С)	Э50А: УОНИ-13/55	Св-08Г2С, d 1,0–1,2 (Ar+CO2)	Св-08ГА + ОСЦ-45
С345 с хладостойкостью	Э50А: УОНИ-13/55, ЛБ-52У	Св-08Г2С (Ar+CO2)	Св-10Г2 + АН-47
С375 (14Г2АФ)	Э50А: УОНИ-13/55	Св-08ГНМ (Ar+CO2)	Св-10НМА + АН-47
С390, С440 (высокопрочные)	Э60: УОНИ-13/65	Св-08ГСМТ (Ar+CO2)	Св-10НМА + АН-47
12Х18Н10Т (нержавеющая)	ЦЛ-11, ОЗЛ-8	Св-04Х19Н11М3 (Ar)	Не применяется

Важно: для сталей класса прочности С345 и выше при сварке в среде CO2 рекомендуется переход на смесь Ar + CO2 (75/25 или 82/18). Чистый CO2 при сварке низколегированных сталей повышает содержание кислорода в шве и снижает ударную вязкость на 15–25%, что может не соответствовать требованиям для конструкций, эксплуатируемых при температурах ниже –40 °C.

Режимы сварки: ток, напряжение, скорость

Режимы сварки назначаются в зависимости от типа соединения, толщины металла, катета шва и метода сварки. Ниже приведены ориентировочные диапазоны основных параметров.

Режимы РДС

Сварочный ток при РДС определяется диаметром электрода: I = (30–50) × d, где d — диаметр электрода, мм. Для электродов с основным покрытием (УОНИ) берут нижнюю границу, для рутиловых (МР-3) — среднюю и верхнюю.

• Электрод d = 3,0 мм: ток 80–130 А, напряжение 22–26 В.
• Электрод d = 4,0 мм: ток 130–200 А, напряжение 24–28 В.
• Электрод d = 5,0 мм: ток 180–270 А, напряжение 26–30 В (только нижнее положение).

Скорость сварки при РДС: 6–12 м/ч в зависимости от катета и типа шва.

Режимы полуавтоматической сварки (MAG)

Режимы полуавтомата задаются парой «скорость подачи проволоки — напряжение» (синергетическое управление на современных источниках):

• Проволока d = 1,0 мм: ток 100–250 А, напряжение 18–28 В, скорость подачи 3–12 м/мин.
• Проволока d = 1,2 мм: ток 150–350 А, напряжение 22–32 В, скорость подачи 4–15 м/мин.
• Проволока d = 1,6 мм: ток 200–450 А, напряжение 26–36 В, скорость подачи 5–18 м/мин.

Вылет проволоки: 12–20 мм (зависит от диаметра). Скорость сварки: 15–40 м/ч — значительно выше, чем при РДС. Для углового шва с катетом 6 мм при проволоке d = 1,2 мм типичный режим: ток 240–280 А, напряжение 26–29 В, скорость 25–30 м/ч.

Режимы автоматической сварки под флюсом

Автоматическая сварка под флюсом работает на значительно более высоких токах:

• Проволока d = 3 мм: ток 400–700 А, напряжение 30–36 В.
• Проволока d = 4 мм: ток 500–900 А, напряжение 32–40 В.
• Проволока d = 5 мм: ток 600–1200 А, напряжение 34–44 В.

Скорость сварки: 15–60 м/ч. Высота слоя флюса: 30–60 мм. Смещение электрода от зенита при сварке «в лодочку»: 20–40 мм в сторону горизонтальной полки.

Нормативная база

Сварка металлоконструкций регулируется комплексом стандартов:

• ГОСТ 5264-80 — ручная дуговая сварка, типы и конструктивные элементы швов.
• ГОСТ 14771-76 — дуговая сварка в защитных газах, типы и элементы швов.
• ГОСТ 8713-79 — сварка под флюсом, типы и элементы швов.
• ГОСТ 9467-75 — электроды покрытые для сварки конструкционных сталей (типы Э42–Э150).
• ГОСТ 2246-70 — проволока стальная сварочная.
• СП 16.13330.2017 — стальные конструкции (раздел «Сварные соединения»).
• СП 70.13330.2012 — несущие и ограждающие конструкции (требования к производству сварочных работ).
• РД 34.15.132-96 — сварка и контроль качества сварных соединений металлоконструкций зданий.

Квалификация сварщиков подтверждается аттестацией по НАКС (РД 03-495-02). Для конструкций, поднадзорных Ростехнадзору, аттестация обязательна. Технология сварки оформляется в виде WPS (ВПРС — ведомость производства работ по сварке) с указанием всех параметров режима.

Часто задаваемые вопросы