Сварка вугільним електродом
Сварка вугільним електродом або вугільної дугою, або ж дугова зварка за способом Бенардоса є найстарішим способом дугового зварювання, винайденим майже 70 років тому. В даний час зварювання вугільної дугою має другорядне значення в порівнянні зі зварюванням металевим електродом. Однак зварювання вугільної дугою все ж має досить серйозне промислове застосування. Дуга запалюється між вугільним електродом і основним металом (фіг. 77). Зазвичай застосовується постійний струм і нормальна полярність (мінус на вугільному електроді).
Вугільний електрод НЕ плавиться в дузі, його кінець розігрівається до дуже високої температури, що створює потужну термо електродний емісію. Теплопровідність матеріалу вугільних електродів мала, тому можливо підтримувати високу температуру катода і отримувати цілком стійку дугу вже при токах 3-5 а. Вугільна дуга горить дуже стійко і може витягуватися до значної довжини в 30-50 мм. Електрод згорає повільно і не прилипає до основного металу, тому працювати вугільної дугою порівняно легко і необхідні навички для виконання найпростіших робіт купуються швидко.
Вугільна дуга змінного струму, що живиться від нормальних зварювальних трансформаторів, недостатньо стійка і на практиці рідко застосовується. Вугільна дуга легко відхиляється від нормального положення магнітними полями, потоками повітря, неоднорідністю поверхні металу. Для стабілізації становища дуги іноді застосовує допоміжне поздовжнє магнітне після створюване соленоїдом, вісь якого збігається з віссю електрода. Цей прийом використовується головним чином в вугільних автоматах.
Другий спосіб стабілізації становища дуги полягає в тому що по лінії зварювання наносять пасту або порошкоподібний флюс містять хороші іонізатори дугового розряду; цей спосіб успішно застосовується як при автоматичному, так і при ручному зварюванні. Вугільна дуга має менший тепловим к. П. Д. Чим дуга металева.
Хімічний склад, структура і механічні властивості металу, наплавленого вугільної дугою при зварюванні маловуглецевої сталі, істотно не відрізняються від металу, наплавленого металевим електродом з тонкої іонізуючої обмазкой. Якість наплавленого металу може бути покращено застосуванням спеціальних флюсів, що наносяться на основний або присадний метал, але цей метод ще мало розроблений. Сварка вугільної дугою може бути виконана з подачею присадочного металу в дугу (в цьому випадку у зварника зайняті обидві руки) або ж без подачі присадочного металу в Дугу (у зварника зайнята тільки одна рука). В обох випадках передбачається, що зварювальник працює в шоломі-масці.
Зайнятість обох рук в процесі зварювання створює незручності для зварника і знижує продуктивність праці. Тому вугільна дуга застосовується майже виключно в тих випадках, де можна обійтися без подачі присадочного металу в дугу. Це можливо при утворенні шва за рахунок розплавлення кромок основного металу або ж при приміщенні присадочного металу на кромки шва до зварювання. У цьому випадку на малих товщинах стали (1-3 мм) зварювальники досягають рекордної для ручного зварювання продуктивності до 50-70 м / год зварного шва. На фіг, 78, а і б показані приклади зварних з'єднань, зручно виконуваних вугільної дугою.
Для Свірко вугільної дугою застосовуються електроди з аморфного електротехнічного вугілля і з синтетичного графіту. Нормальні електроди мають форму стрижнів круглого перетину діаметром 6-25 мм і довжиною 200-300 мм з кінцем, заточеним на конус. Графітні електроди в усіх відношеннях краще вугільних і їх слід віддавати перевагу в усіх випадках. Основні переваги графітних стрижнів: висока електропровідність і висока стійкість проти окислення на повітрі при високих температурах, що помітно знижує витрату графітних електродів при зварюванні. Для вугільних або графітових електродів потрібні спеціальні тримачі.
Іноді для цілей зварювання використовують полум'я вугільної дуги побічної дії, що горить між двома або декількома електродами; основний метал в зварювальну ланцюг при цьому не включається.
Тримач (пальник) для роботи дугою непрямої дії показаний на фіг. 79. Дуга відхиляється, і полум'я у вигляді гострого язика видувається вперед власним магнітним полем зварювального контуру, утвореного електродами. При достатній силі струму можна отримати полум'я довжиною 100-150 мм у вигляді більш-менш гострий язик. Полум'я має різну температуру по осі, що знижується від 5000-6000 ° в стовпі до 900- 1000 ° в кінці факела полум'я. По дії на метал непряма дуга подібна з дією полум'я газового зварювального пальника. Передача тепла металу від полум'я дуги побічної дії проводиться конвекцією і випромінюванням. Віддача енергії зарядженими частинками на поверхні металу, така характерна для дуги прямої дії, тут не має істотного значення.
Передача тепла від полум'я йде порівняно повільно, з низьким к. П. Д. Нагрів виходить м'яким і поступовим. Технологічно дуга побічної дії в нормальних випадках не конкурує з дугою прямої дії, скоріше вона може конкурувати з газовим пальником. Дугою непрямої дії іноді можливо виконати роботи, важкі для дуги прямої дії, наприклад зварювання легкоплавких металів малої товщини, пайку твердими припоями, нагрів металу без розплавлення і т. Д. Оскільки об'єкт зварювання не включається в електричний ланцюг, можливо нагрівати і зварювати ізолюючі матеріали: скло, кварц, кераміку і т. д. Нормально для непрямої дуги застосовується харчування змінним струмом, що забезпечує рівномірний обгорання обох електродів.