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 раЗО - гревается 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 1(3—12 мм при питании от нормальных сварочных генераторов. Дуг'а прямой полярности практически не науглерожи­вает основной металл, содержание углерода в наплавленном ме­талле даже т. е. ъът<г>у>а%'ле xvлеу.'гуУ-•

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 поле, создаваемое соленоидом, ось которого совпадает с осью элек­трода. Этот приём используется главным образом в угольных: автоматах.

Второй способ стабилизации положения дуги заключается в тбм> что по линии сварки наносят пасту или порошкообразный флі°су содержащие хорошие ионизаторы дугового разряда; этот спосоо 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 молсет 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 производитедь -

ности до 50—70 м/час сварного шва. На фиг. 78, о и б показаны примеры сварных соединений, удобно выполняемых угольной дугой.

Для свйрки угольной дугой применяются электроды из аморф­ного электротехнического угля и из синтетического графита. Нор­мальные электроды имеют форму стержней круглого сечения диа-

а

А[

JL

I—B-J

метром 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 і производится конвек­цией и излучением. От-' дача энергии заряжен­ными частицами на

поверхности металла, ф1)г ^ дерЖатедЬ для сварки дугой косвенного столь характерная для действия,

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.