Металл толщиной более 8 мм сваривают многопроходными швами. В любом случае сварка ведется только короткой дугой.
Наплавка в потолочном положении. При сварке в этом положении важен подбор сварочного тока. Если позволяет толщина изделия, более производительно применять электрод ∅ 4 мм. Наплавку рекомендуется производить узкими, 1,5–2 диаметра электрода с покрытием, одиночными валиками, что позволяет применять средний диапазон сварочного тока. Первый валик рекомендуется положить шириной в 2–3 диаметра электрода с покрытием по границе наплавки методом «сварка на себя». Последующие валики рекомендуется прокладывать слева направо или справа налево, в этом случае сварщику необходимо поменять свое положение по отношению к валикам. Наклон электрода при этом необходимо выдерживать под углом 70–80° к изделию. В остальном техника наплавки та же, что и в нижнем положении.
Техника сваркипробочных и прорезных соединений практически не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.
В зависимости от протяженности шва, толщины и марки металла, жесткости конструкции применяют различные приемы последовательности сварки швов и заполнения разделки. Сварку напроход – от начала до конца шва – обычно применяют при сварке коротких (до 500 мм) швов. Швы длиной до 1000 мм лучше сваривать от середины к концам или обратноступенчатым способом. При последнем способе весь шов разбивают на участки до 150–200 мм, которые должны быть кратны длине участка, наплавляемого одним электродом. После того как участок закончен, переходят к следующему, причем направление сварки для всех участков одно и то же, т. е. начало завершенного участка будет для следующего точкой завершения.
Сварка угольными электродами
Ранее этот способ называли сваркой по Бенардосу, так как этот способ предложил Н. Н. Бенардос. Сейчас этот способ применяется редко, хотя для некоторых материалов и соединений он мог бы быть незаменимым.
У сварки угольным электродом есть недостатки, но есть и достоинства, заслуживающие внимания. Для сварки и наплавки угольными электродами применяется обычно постоянный ток прямой полярности («—» на электроде). Дуга прямой полярности не науглероживает основной металл. Дуга обратной полярности («+» на электроде) интенсивно науглероживает расплавленный металл, повышая в нем содержание углерода до 0,8–1,0 %. Такой шов может подвергаться закалке, но применения в промышленности это явление до сих пор не нашло. Дуга обратной полярности малоустойчива, ее длина может составлять 10–15 мм, хотя для процесса бывает нужна более длинная. Электрод при обратной полярности сильно разогревается по всей длине до очень высокой температуры, усиливается его испарение, заостренный конец электрода притупляется и становится плоским.
Дуга прямой полярности горит очень устойчиво и может иметь длину до 30–50 мм. Электрод в дуге не плавится, его конец разогревается до высокой температуры, создавая мощную термоэлектронную эмиссию, способствующую устойчивому горению дуги даже при токах 50–100 А. Электрод медленно испаряется и не прилипает к детали, это облегчает работу сварщика.
Угольная дуга переменного тока неустойчива и применяется редко.
В процессе сварки угольная дуга способна отклоняться под действием магнитных полей, поэтому для стабилизации по линии сварки наносят пасту или порошкообразный флюс, содержащие хорошие ионизаторы дугового разряда. Сварка чаще всего применяется без присадки – по отбортовке тонких металлов и иногда по угловым соединениям (рис. 34). Это удобнее и выгоднее, нежели применять присадку. Хотя КПД этой дуги ниже, чем у металлического электрода, скорость сварки сравнительно высока – до 60 м/ч сварного шва. Примерные режимы сварки угольными электродами приведены в табл. 17.
Рис. 34. Сварка по отбортовке:
1 – свариваемые пластины; 2 – расплавляемая поверхность
Для сварки угольной дугой применяют электроды из электротехнического угля, т. е. из прессованного коксового порошка, обожженного при температуре 1400 °C, или из синтетического графита в форме стержней диаметром от 6 до 30 мм и длиной 200–300 мм с концами, заточенными на конус под углом 60–70°.
Графитовые электроды лучше угольных практически во всем, в том числе по своей доступности, так как их легко изготовить из остатков (отходов) электродов дуговых электроплавильных печей. Они хорошо поддаются обработке. Специально изготовленные графитовые электроды иногда имеют омедненную поверхность (фольгу), поэтому их стойкость повышается при работе на больших плотностях тока. Графитовые электроды имеют меньшую твердость, лучшую электропроводность (так как их электрическое сопротивление в 4 раза меньше сопротивления прессованного угля), высокую стойкость окисления на воздухе при высоких температурах. Это позволяет использовать их для сварки на больших плотностях тока со сравнительно низким расходом электродов.
Режимы сварки графитовыми электродами соединений с отбортовкой кромок приведены в табл. 18.
Следует отметить, что этот способ сварки забывается незаслуженно, так как целесообразность его применения в отдельных случаях неоспорима, в особенности для науглероживания и нанесения порошковых специальных покрытий, а также для сварки по отбортовке тонких металлов и для сварки цветных металлов дугой косвенного действия, т. е. когда дуга горит между двумя угольными электродами на переменном токе. Косвенная дуга выдувается собственным магнитным полем на длину 100–150 мм. В зависимости от угла между электродами пламя дуги имеет различную температуру по оси, понижающуюся от 6000 °C в столбе до 900 °C в конце факела. Такой дугой можно сваривать легкоплавкие металлы малых толщин, выполнять пайку твердыми припоями, нагревать металл без расплавления, нагревать и сваривать стекло, кварц, керамику.
Электродуговая резка металлов
Интенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используют в технике не только для сварки, но и для резки металла. Применяются следующие способы дуговой резки: ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся электродами, используемыми при сварке; воздушно-дуговая резка; кислородно-дуговая резка; резка сжатой дугой.
При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые электроды на переменном или постоянном токе прямой полярности («—» на электроде) при силе тока 400–800 А (табл. 19).
Этот способ имеет ограниченное применение, используется в основном при разделке крупногабаритного металлического лома, разборке старых металлоконструкций, прожигании отверстий или выжигании заклепок. В то же время резка обеспечивается за счет выплавления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Поэтому благодаря высокой температуре нагрева могут разрезаться материалы, не подвергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Для этого способа характерны весьма малая точность и чистота реза: разрез получается широким с очень неровными кромками. Несколько лучшие результаты дают электроды прямоугольного сечения.
При дуговой сварке плавящимся электродом (рис. 35) рез получается более чистый и узкий, чем предыдущим способом. Суть метода заключается в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой методом опирания. Силу тока при резке металлическим электродом принимают на 20–30 % больше, чем при сварке электродами такого же диаметра. Металлическим электродом можно резать чугун, коррозионно-стойкие стали и цветные металлы, которые не поддаются обычной кислородной резке.
При дуговой резке в быту часто пользуются обычными сварочными электродами, однако лучше использовать специализированные электроды с покрытиями, способствующими улучшению процесса резки. Такие покрытия повышают устойчивость дуги, замедляют плавление стержня электрода, изолируют его от стенок реза и ускоряют резку благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Металлические электроды для резки изготавливают из проволоки марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246–70 ∅ 3–12 мм и длиной не более 250–300 мм. Толщина слоя покрытия 1–1,5 мм на сторону. Сила тока выбирается примерно из расчета 55–65 А на 1 мм диаметра электрода (табл. 20).
Рис. 35. Схема ручной дуговой резки металла плавящимся электродом
Недостатки этого способа – низкая производительность и плохое качество реза, который характеризуется большими неровностями и натеками металла с обратной стороны.
При воздушно-дуговой и кислородно-дуговой резке металл расплавляется теплом электрической дуги, а затем выдувается из зоны реза сжатым воздухом или струей кислорода. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков. Подача сжатого воздуха обычно боковая под давлением 0,4–0,5 МПа. Струя кислорода подается к месту реза параллельно угольному или графитовому электроду, иногда применяют специальные плавящиеся трубчатые электроды с подачей кислорода через внутреннее отверстие.
