Электрический дуговой разряд как источник энергии для сварки может возникать и существовать в различных условиях.
Н. Н. Бенардос, впервые применивший дуговой разряд для сварки, использовал схему с неплавящимся электродом. Он возбуждал сварочную дугу между угольным катодом и изделием, а в образующуюся сварочную ванну вводил присадочный металл — стальную проволоку. Схема процесса показана на рис. 16.
Рис. 16. Сварка неплавящимся (графитовым или вольфрамовым) электродом.
Внешне она напоминает схему газовой сварки, только вместо пламени в качестве источника теплоты использован дуговой разряд.
Сварка с неплавящимся графитовым электродом применяется в редких случаях, так как графит на воздухе расходуется очень быстро, а смена электродов требует времени.
В настоящее время широко используют сварку неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертных газов — аргоне, гелии (аргонодуговая сварка неплавящимся электродом).
Вольфрам имеет температуру плавления 3380° С и температуру кипения около 5600° С. Вольфрамовый электрод в условиях сварки остается твердым и оплавляется только в активном пятне дугового разряда, длительное время поддерживая устойчивый процесс горения дуги. Для увеличения стабильности дугового разряда, используют вольфрам, содержащий немного лантана, который улучшает условия ионизации газов в дуговом промежутке.
Использование дугового разряда с неплавящимся электродом и автоматическая подача проволоки (присадочного металла) способствуют повышению производительности процесса. Однако при больших толщинах свариваемых изделий этот вид сварки мало эффективен.
Н. Г. Славянов впервые применил электрический дуговой разряд с плавящимся электродом. В этом случае стальная проволока, служащая катодом, расплавляется дугой, и капли жидкого металла падают в общую сварочную ванну (рис. 17). Этот вид сварки имеет высокую производительность, так как в единицу времени расплавляется большое количество металла, что позволяет увеличить скорость сварки. Однако электродный металл, проходя в виде капель через дуговой промежуток, сильно нагревается и может значительно изменить свой состав в результате взаимодействия с атмосферой дугового разряда.
Рис. 17 Сварка плавящимся (металлическим) электродом.
Для получения качественного металла шва необходима металлургическая обработка сварочной ванны различными способами или специальная защитная атмосфера.
Капли электродного металла под действием магнитного поля дугового разряда летят в сварочную ванну с большой скоростью, значительно превышающей скорость падения под действием силы тяжести. Это позволяет вести сварку плавящимся электродом в различных пространственных положениях, что очень удобно в монтажных условиях.
Сварку плавящимся электродом очень широко применяют в машиностроении, судостроении и строительстве.
Наибольшее распространение получили следующие процессы: ручная сварка штучными электродами, автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса, автоматическая и полуавтоматическая сварка в защитных газах, а также сварка с использованием порошковой проволоки.