Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Сварка, резка и пайка металлов

Сварка угольным электродом

Сварка угольным электродом или угольной дугой, или же дуговая сварка по способу Бенардоса является старейшим способом дуговой сварки, изобретенным почти 70 лет назад. В настоящее время сварка угольной дугой имеет второстепенное значение по сравнению со сваркой металлическим электродом. Однако сварка угольной дугой всё же имеет достаточно серьёзное промышленное применение. Дуга зажигается между угольным электродом и основным металлом (фиг. 77). Обычно применяется постоянный ток и нормальная полярность (минус на угольном электроде).

Угольный электрод не плавится в дуге, его конец разогревается до очень высокой температуры, создающей мощную термоэлектродную эмиссию. Теплопроводность материала угольных электродов мала, потому возможно поддерживать высокую температуру катода и получать вполне устойчивую дугу уже при токах 3—5 а. Угольная дуга горит очень устойчиво и может вытягиваться до значительной длины в 30—50 мм. Электрод сгорает медленно и не прилипает к основному металлу, поэтому работать угольной дугой сравнительно легко и необходимые навыки для выполнения простейших работ приобретаются быстро.

Вид угольной дуги и её свойства резко изменяются при обратной полярности, когда угольный стержень становится анодом, а основной металл катодом. Электрод на большом протяжении разогревается до очень высокой температуры, наблюдается усиленное испарение его материала, заострённый конец электрода притупляется и становится плоским. Дуга обратной полярности имеет повышенное напряжение, мало устойчива и не может быть растянута более чем на 10—12 мм при питании от нормальных сварочных генераторов. Дуга прямой полярности практически не науглероживает основной металл, содержание углерода в наплавленном металле даже уменьшается т.е. происходит выгорание углерода. Дуга обратной полярности, наоборот, интенсивно науглероживает расплавленный металл, доводя содержание углерода при сварке малоуглеродистой стали до 0,8—1%. Науглероживающее действие угольной дуги обратной полярности ещё не нашло надлежащего производственного применения.

Угольная дуга переменного тока, питающаяся от нормальных сварочных трансформаторов, недостаточно устойчива и на практике редко применяется. Угольная дуга легко отклоняется от нормального положения магнитными полями, потоками воздуха, неоднородностью поверхности металла. Для стабилизации положения дуги иногда применяет вспомогательное продольное магнитное после создаваемое соленоидом, ось которого совпадает с осью электрода. Этот приём используется главным образом в угольных автоматах.

Второй способ стабилизации положения дуги заключается в том что по линии сварки наносят пасту или порошкообразный флюс содержащие хорошие ионизаторы дугового разряда; этот способ успешно применяется как при автоматической, так и при ручной сварке. Угольная дуга обладает меньшим тепловым к. п. д., чем дуга металлическая.

Химический состав, структура и механические свойства металла, наплавленного угольной дугой при сварке малоуглеродистой стали, существенно не отличаются от металла, наплавленного металлическим электродом с тонкой ионизирующей обмазкой. Качество наплавленного металла может быть улучшено применением специальных флюсов, наносимых на основной или присадочный металл, но этот метод ещё мало разработан. Сварка угольной дугой может быть выполнена с подачей присадочного металла в дугу (в этом случае у сварщика заняты обе руки) или же без подачи присадочного металла в Дугу (у сварщика занята только одна рука). В обоих случаях предполагается, что сварщик работает в шлеме-маске.

Занятость обеих рук в процессе сварки создаёт неудобства для сварщика и снижает производительность труда. Поэтому угольная дуга применяется почти исключительно в тех случаях, где можно обойтись без подачи присадочного металла в дугу. Это возможно при образовании шва за счёт расплавления кромок основного металла или же при помещении присадочного металла на кромки шва до сварки. В этом случае на малых толщинах стали (1—3 мм) сварщики достигают рекордной для ручной сварки производительности до 50—70 м/час сварного шва. На фиг, 78, а и б показаны примеры сварных соединений, удобно выполняемых угольной дугой.

Для свирки угольной дугой применяются электроды из аморфного электротехнического угля и из синтетического графита. Нормальные электроды имеют форму стержней круглого сечения диаметром 6—25 мм и длиной 200—300 мм с концом, заточенным на конус. Графитные электроды во всех отношениях лучше угольных и их следует предпочитать во всех случаях. Основные преимущества графитных стержней: высокая электропроводность и высокая стойкость против окисления на воздухе при высоких температурах, что заметно снижает расход графитных электродов при сварке. Для угольных или графитных электродов требуются специальные держатели.

Иногда для целей сварки используют пламя угольной дуги косвенного действия, горящей между двумя или несколькими электродами; основной металл в сварочную цепь при этом не включается.

Держатель (горелка) для работы дугой косвенного действия показан на фиг. 79. Дуга отклоняется, и пламя в виде острого языка выдувается вперёд собственным магнитным полем сварочного контура, образованного электродами. При достаточной силе тока можно получить пламя длиной 100—150 мм в виде более или менее острого языка. Пламя имеет различную температуру по оси, понижающуюся от 5000—6000° в столбе до 900— 1000° в конце факела пламени. По действию на металл косвенная дуга сходна с действием пламени газовой сварочной горелки. Передача тепла металлу от пламени дуги косвенного действия производится конвекцией и излучением. Отдача энергии заряженными частицами на поверхности металла, столь характерная для дуги прямого действия, здесь не имеет существенного значения.

Передача тепла от пламени идёт сравнительно медленно, с низким к. п. д., нагрев получается мягким и постепенным. Технологически дуга косвенного действия в нормальных случаях не конкурирует с дугой прямого действия, скорее она может конкурировать с газовой горелкой. Дугой косвенного действия иногда возможно выполнить работы, трудные для дуги прямого действия, например сварку легкоплавких металлов малых толщин, пайку твёрдыми припоями, нагрев металла без расплавления и т. д. Поскольку объект сварки не включается в электрическую цепь, возможно нагревать и сваривать изолирующие материалы: стекло, кварц, керамику и т. д. Нормально для косвенной дуги применяется питание переменным током, обеспечивающим равномерное обгорание обоих электродов.