Классификация электродов для дуговой сварки

Электрическая дуговая сварка занимает важное место во многих отраслях промышленности и народного хозяйства. Изобретенная в начале XIX века, она сегодня находит широкое применение в строительстве, медицине, производстве и науке.

В процессе сваривания двух металлических элементов (из чугуна, стали и пр.), их нагрев осуществляется посредством электрической дуги, которая образуется в результате продолжительного и устойчивого протекания тока через ионизированных газовый промежуток между электродом и сварочной ванной. Появление дугового разряда сопровождается значительным выделением световой энергией и происходит при очень высокой температуре, под воздействием которой осуществляется плавка различных конструкционных металлов.

Основным рабочим инструментом служат электроды для дуговой сварки. Эти изделия представляют собой стержни из металла или другого электропроводного материала и предназначены для подведения электрического тока к месту соединения элементов изделия. Современной промышленностью выпускается более 200 различных марок этих инструментов, причем больше половины ассортимента – это электроды для ручной дуговой сварки.

Особенности электродов

Как правило, электроды имеют длину от 0,25 до 0,45 метров и изготавливаются из специального провода, поверх которого наносится слой порошкообразных материалов. Наличие последних служит двум основным целям: поддержание стабильного горения дуги и получение сварного шва с требуемыми характеристиками.

Покрытие наносится на электрод в результате погружения (обмакивания) в присадочные химические составы или методом опрессовки. При этом один конец изделия (обычно 20-30 миллиметров) оставляют без обмазки для крепления в электрододержателе.

В зависимости от назначения, выделяют следующие виды покрытий:

защитные: предназначены для протекции расплавленной стали от влияния атмосферной среды, рафинирования и легирования соединительного шва, стабилизации горения электродного столба;
стабилизирующие: содержат в своем составе химические элементы, способствующие ионизации;
магнитные: наносятся на металлический проводник в процессе сварки за счет электромагнитного поля.

Для обмазки электродов используются руднооксидные (оксиды марганца и железа), фтористо-кальциевые (ферросплавы, карбонат кальция), органические (оксицеллюлоза, силикаты) смеси. В последнее время чаще стали применять рутиловые соединения (двуокиси титана, рутил).

Виды дуговой сварки

В зависимости от способа выполнения сварочных работ, различается сварка плавящимся электродом, не плавящимся стержнем и независимой дугой.

Сварка электродами, которые не плавятся

Сварка не плавящимся электродом — это процесс, в котором высокотемпературный дуговой разряд возбуждается между изделием и рабочим инструментом из тугоплавкого материала. В качестве неплавкого электрода широко применяют графитовые, угольные и вольфрамовые стержни с присадками из оксидов лантана и тория.

Самой высокой температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3645 градусов Кельвина). Для него характерна низкая теплопроводность и устойчивость к испарению, что обусловило его широкое применение в качестве не плавящегося сварочного электрода. Однако такой вариант имеет и негативные стороны. В частности, вольфрам активно взаимодействует с кислородом (окисляется), поэтому при работе приходится применять защитные газы, которые являются по отношению к нему инертными. Это могут быть азот, аргон или гелий.

С появлением новых материалов, синтетические графитовые стержни стали использовать все реже, и сегодня они находят применение только для соединения неответственных деталей. Альтернативой им служат тугоплавкие итерированные, латунированные и торированные металлические электроды.

Технология сварки неплавким электродом успешно применяется для соединения, цветных металлов, деталей из тонколистовой стали и сплавов с разнородной химической структурой.

Применение ручной аргонодуговой сварки имеет следующие преимущества:

высокая устойчивость дугового столба;
возможность получения соединений с различными физическими характеристиками;
независимость от типа и полярности электрического тока;
возможность изменять химический состав сварного шва.

Кроме достоинств имеются и отрицательные моменты:

низкий КПД сварочной установки (не > 0,55);
значительное потребление электроэнергии;
быстрое охлаждение сварочного шва, что не всегда допустимо;
необходимость в дополнительных устройствах для розжига дуги.

Сварка электродами, которые плавятся

Сварка плавящимся электродом получила куда большее распространение. При таком способе свариваемая деталь включается в электрическую цепь дуги и выполняет функцию одного из ее полюсов. В результате выделения тепловой энергии происходит плавление изделия и присадочного материала, образуется сварочный шов.

Электроды, применяющиеся в данной технологии, бывают покрытыми и непокрытыми. Последние применялись лишь на ранних этапах развития электрической сварки. Сегодня они не используются по своему прямому назначению и могут быть задействованы лишь в качестве непрерывной соединительной проволоки, когда работа выполняется в среде защитных газов.

Покрытие электроды применяются при сваривании различных видов бронзы, меди, чугуна, алюминия, стали и других металлов. В зависимости от состава и физико-технологичных характеристик свариваемых элементов, применяются различные виды обмазки для электродов.

Сварка плавящимся электродом может выполняться следующими способами:

Открытой дугой;
Закрытой дугой;
В окружении защитных газов.

В случае открытой дуги, металл или вовсе не имеет защиты от воздействия атмосферных газов, или она осуществляется шлакообразующими и газообразующими веществами его покрытия. Сваривание деталей закрытой дугой происходит под изолированным от окружающей среды слоем шлака, который получается из порошкообразного флюса в результате термического воздействия. Также дуговой столб может иметь протекцию в виде специальных аргоно- и гелийсодержащих смесей.

Для сваривания листов холоднокатаной и горячекатаной стали также применяется сварка независимой дугой. Здесь процесс соединения деталей происходит при помощи двух неплавящихся графитовых электродов. Из-за своей технологической сложности, на практике этот метод используется не часто.