Сварка угольным электродом

Угольные электроды изготавливают из аморфного электротехнического угля в виде стержней круглого сечения диаметром от 6 до 18 мм, длиной 250—700 мм с гладкой черной поверхностью. Для сварки пригодны только сплошные электроды, т. е. без канала внутри. Конец электрода затачивают под углом 60—70°, а для сварки цветных металлов — 20—40°.

Процессу сварки угольными электродами присущи такие особенности:

• температуры плавления и кипения угольных электродов весьма высоки и настолько близки (Т_пл = 3800 °C, Т_кип = 4200 °C), что практически процесс плавления не удается наблюдать, видно лишь медленное испарение, чистый углерод имеет Т_пл ≈ 3500 °C, Т_кип = 3467 °C, поэтому он не плавится, а возгоняется;
• сварку угольными электродами можно вести только на прямой полярности (минус на электроде). При обратной полярности наблюдается недостаточно устойчивое горение дуги, неудовлетворительное формирование шва, происходит науглероживание наплавленного металла, электрод сильно разогревается на большой длине, что приводит к увеличению его испарения;
• коэффициент полезного действия дуги при сварке угольным электродом значительно ниже, чем при сварке металлическим плавящимся электродом;
• дуга в процессе сварки чувствительна к различным внешним воздействиям, потокам газов, ветру и т. п., а также сильно поддается магнитному дутью.

Вместе с тем угольные электроды успешно применяют для сварки тонколистового металла, заварки дефектов литья, сварки цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

В настоящее время используют следующие способы сварки угольным электродом тонколистового металла:

• без присадочного материала;
• с подачей присадочного материала в дугу;
• с предварительной укладкой присадочного материала.

Сварка без присадочного материала — это наиболее простой способ, который получил наибольшее распространение. Он заключается в оплавлении дугой кромок свариваемых деталей. Этим способом сваривают листы при бортовых, угловых и нахлесточных соединениях. Причем производительность сварки при толщине листов 1—3 мм может быть значительно выше производительности ручной сварки покрытыми металлическими электродами. Без присадочного материала

успешно сваривают уголки, швеллеры и другие профили, в которых шов образуется за счет расплавленного металла кромок или полок. Сварка стыковых соединений этим способом дает ослабленный шов, и поэтому его можно применять только лишь в тех случаях, когда шов не будет подвергаться значительным усилиям.

Характерные типы сварных соединений, которые можно выполнять этим способом, показаны на рис. 1.

Рис. 1. Характерные типы сварных соединений без присадочного материала: а — стыковое соединение листов толщиной 1—2 мм с отбортовкой кромок; б — присоединение штампованного днища к обечайке; в — соединение кожухов, емкостей и т. п.; г — угловое соединение; д, е, ж, з, и — различные виды соединений из уголков, швеллеров и листов, соединение внахлест

Сварка тонких листов с подачей присадочного материала в дугу ведется по схеме, приведенной на рис. 2. Сварщик в левой руке держит присадочный пруток, а в правой — держатель с угольным электродом. Факел дуги направляют на конец присадочного материала, и этим предупреждают прожоги при сварке тонких листов. Такой способ рекомендуется для сварки стальных листов толщиной 0,3—1,0 мм.

Рис. 2. Сварка тонких листов с подачей присадочного металла в дугу

Он дает также хорошие результаты при заварке дефектов литья и при сварке цветных металлов.

Сварку с подачей присадочного материала в дугу можно выполнять «левым» и «правым» способом. При «левом» способе (рис. 3, а) присадочный пруток раз

Рис. 3. Сварка с подачей присадочного материала в дугу: а — левый способ; б — правый способ

мещают между электродом и основным металлом, пламя дуги направлено на основной металл. При «правом» способе (рис. 3, б) присадочный пруток размещают между наплавленным валиком и угольным электродом, пламя дуги направлено на расплавленный металл.

При «правом» способе нагрев более концентрированный, чем при «левом», что позволяет производить сварку на больших скоростях. Однако при «правом» способе велика вероятность прожогов.

На практике чаще применяют «левый» способ, а «правый», как правило, используют при сварке металла больших толщин.

Сварку с предварительной укладкой прутков или полосок применяют при выполнении стыковых и угловых швов из листов большой толщины (рис. 4). При этом получается усиленный шов за счет сплавления кромок свариваемых листов и присадочного прутка.

Сварочный ток подбирают в зависимости от толщины металла и вида сварного соединения; диаметр электрода — в зависимости от толщины свариваемых листов с таким расчетом, чтобы электрод не разогревался по всей длине до светло-красного каления, которое вызывает его быстрое испарение, растекание и расход.

Примерные режимы сварки соединений низкоуглеродистой стали угольными электродами приведены в табл. 1.

Рис. 4. Сварка с предварительной укладкой прутков или полосок: а — односторонний стыковой шов с укладкой прутка; б — односторонний стыковой шов с укладкой прутка и подкладкой под шов полоски; в, г — односторонний угловой шов с укладкой прутка; д — односторонний стыковой шов с укладкой полоски и подкладкой под шов полоски; е — двухсторонний стыковой шов с укладкой с обеих сторон полоски; ж — двухсторонний стыковой шов с укладкой полоски в зазор между свариваемыми листами

Таблица 1. Режимы сварки соединений из низкоуглеродистой стали угольными электродами

Увеличение плотности тока можно допускать при использовании графитовых электродов. Графитовые электроды изготавливают из кристаллического углерода — графита. Цвет графитовых электродов темно-серый с металлическим блеском. Они мягкие, легко режутся, при сварке дают лучшие результаты, чем угольные. Благодаря высокой электропроводности и стойкости против окисления они медленнее испаряются и более стойки против растрескивания. При использовании графитовых электродов можно повысить силу тока в 2,5—3 раза по сравнению с угольными электродами. Это позволяет пользоваться более тонкими и удобными в работе электродами. Ориентировочные режимы сварки соединения при отбортовке кромок с использованием графитовых электродов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Режимы сварки соединений при отбортовке графитовыми электродами

При сварке тонких листов угольным электродом наружный вид шва лучше, чем при сварке покрытым металлическим электродом. Механические свойства сварных соединений практически находятся на уровне свойств основного металла. Сварку угольным электродом успешно можно применять и для сварки цветных металлов, и для наплавки твердых сплавов. С этой целью используют дугу косвенного действия. Дуга возбуждается между двумя угольными электродами.

Сварку ведут на переменном токе на режимах, приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Режимы сварки угольными электродами при использовании дуги косвенного действия