Ручная дуговая сварка и её развитие

Введение

Процесс ручной дуговой сварки

Защищенная металлодуговая сварка (SMAW), также известная как ручная дуговая сварка покрытым электродом (MMA или MMAW), сварка флюсом или, неформально, сварка «электродами», – это процесс ручной дуговой сварки, в котором для формирования сварного шва используется плавящийся электрод, покрытый флюсом. Электрический ток, в виде переменного или постоянного тока от источника питания для сварки, используется для создания электрической дуги между электродом и свариваемыми металлами. Заготовка и электрод расплавляются, образуя ванну расплавленного металла (сварную ванну), которая охлаждается и формирует соединение. В процессе формирования сварного шва покрытие электрода флюсом разрушается, выделяя газы, которые служат защитным газом, и образуя слой шлака, оба из которых защищают зону сварки от атмосферного загрязнения. Благодаря универсальности процесса и простоте оборудования и эксплуатации, защищенная металлодуговая сварка является одним из первых и наиболее распространенных в мире способов сварки. Она преобладает над другими процессами сварки в сфере обслуживания и ремонта, и хотя сварка порошковой проволокой становится все более популярной, SMAW продолжает широко использоваться при строительстве тяжелых стальных конструкций и в промышленном производстве. Этот процесс в основном применяется для сварки железа и сталей (включая нержавеющую сталь), но алюминий, никелевые и медные сплавы также могут быть сварены этим методом.

Разработка

После открытия короткой импульсной электрической дуги в 1800 году Хамфри Дэви и непрерывной электрической дуги в 1802 году Василием Петровым, развитие электрической сварки оставалось незначительным до тех пор, пока Огюст де Меритенс не разработал углеродный дуговой аппарат, запатентованный в 1881 году, и не получил американские патенты с 1887 года, демонстрирующие примитивный держатель электрода. В 1888 году Николай Славянов изобрел плавящийся металлический электрод. Позже, в 1890 году, К. Л. Коффин получил патент на свой метод дуговой сварки с использованием металлического электрода. В этом процессе, как и в SMAW, расплавленный металл электрода откладывался в сварном шве в качестве присадочного материала. Около 1900 года Артур Перси Строменгер и Оскар Кьельберг представили первые электроды с покрытием. Строменгер использовал глиняно-известковое покрытие для стабилизации дуги, а Кьельберг окунал железную проволоку в смеси карбонатов и силикатов для нанесения покрытия. В 1912 году Строменгер выпустил электрод с толстым покрытием, но высокая стоимость и сложная технология производства не позволили этим ранним электродам получить широкое распространение. В 1927 году разработка экструзионного процесса снизила стоимость покрытия электродов и позволила производителям создавать более сложные составы покрытий, предназначенные для конкретных задач. В 1950-х годах производители стали добавлять железный порошок в флюс, что позволило увеличить скорость сварки. В 1945 году Карл Кристиан Масден описал автоматизированную модификацию SMAW, ныне известную как гравитационная сварка. Она получила некоторую популярность в 1960-х годах благодаря рекламе ее использования на японских судостроительных верфях, хотя сегодня ее применение ограничено. Еще одна малоизвестная модификация процесса, известная как сварка "фейерверками", была разработана примерно в то же время Джорджем Хафергутом в Австрии. В 1964 году лазерная сварка была разработана в Лаборатории Белла с целью использования этой технологии в качестве средства связи. Благодаря большой концентрации энергии на небольшой площади, этот лазер стал мощным источником тепла для резки и обработки материалов.

Операция

Для поджига электрической дуги электрод соприкасается с заготовкой легким касанием к основному металлу. Затем электрод слегка отводится назад. Это инициирует возникновение дуги, что приводит к плавлению заготовки и расходного электрода, а также к переходу капель электрода в сварочную ванну. Поджиг дуги, который значительно варьируется в зависимости от состава электрода и заготовки, может быть самым сложным навыком для начинающих сварщиков. Большинство ошибок совершается при выборе угла наклона электрода к заготовке: если электрод удерживается перпендикулярно заготовке, его наконечник, скорее всего, прилипнет к металлу, что приведет к сплавлению электрода с заготовкой и его быстрому нагреву. Наконечник электрода должен быть наклонен под углом к заготовке, что позволяет сварочной ванне вытекать из зоны дуги. По мере плавления электрода покрытие флюса разрушается, выделяя защитные газы, которые предохраняют зону сварки от воздействия кислорода и других атмосферных газов. Кроме того, флюс образует расплавленный шлак, покрывающий присадочный металл по мере его перемещения от электрода к сварочной ванне. Попадая в сварочную ванну, шлак всплывает на поверхность и защищает сварной шов от загрязнений при затвердевании. После затвердевания шлак необходимо удалять, чтобы обнажить готовый сварной шов. В процессе сварки и плавления электрода сварщику периодически необходимо прекращать сварку для удаления остатка электрода и установки нового электрода в держатель. Эта операция, в сочетании с удалением шлака, уменьшает время, которое сварщик может посвятить формированию шва, что делает сварку покрытым электродом (SMAW) одним из наименее эффективных сварочных процессов. В целом, коэффициент использования времени сварщиком, или процент времени, затрачиваемого оператором непосредственно на формирование шва, составляет примерно 25%. Фактическая техника сварки зависит от типа электрода, состава заготовки и положения свариваемого соединения. Выбор электрода и положения сварки также определяют скорость сварки. Сварка в нижнем положении требует наименьшей квалификации сварщика и может выполняться электродами, которые быстро плавятся, но медленно затвердевают, что позволяет увеличить скорость сварки. Сварка в наклонном, вертикальном или потолочном положении требует большей квалификации и часто предполагает использование электрода, который быстро затвердевает, чтобы предотвратить вытекание расплавленного металла из сварочной ванны. Однако это обычно означает, что электрод плавится медленнее, что увеличивает время, необходимое для формирования шва.

To strike the electric arc, the electrode is brought into contact with the workpiece by a very light touch of the electrode to the base metal. The electrode is then pulled back slightly. This initiates the arc and thus the melting of the workpiece and the consumable electrode, and causes droplets of the electrode to be passed from the electrode to the weld pool. Striking an arc, which varies widely based upon electrode and workpiece composition, can be the hardest skill for beginners. The orientation of the electrode to workpiece is where most stumble; if the electrode is held at a perpendicular angle to the workpiece, the tip will likely stick to the metal, which will fuse the electrode to the workpiece, causing it to heat up very rapidly. The tip of the electrode needs to be at a lower angle to the workpiece, which allows the weld pool to flow out of the arc. As the electrode melts, the flux covering disintegrates, giving off shielding gases that protect the weld area from oxygen and other atmospheric gases. In addition, the flux provides molten slag which covers the filler as it travels from electrode to the weld pool. Once part of the weld pool, the slag floats to the surface and protects the weld from contamination as it solidifies. Once hardened, it must be chipped away to reveal the finished weld. As welding progresses and the electrode melts, the welder must periodically stop welding to remove the remaining electrode stub and insert a new electrode into the electrode holder. This activity, combined with chipping away the slag, reduces the amount of time that the welder can spend laying the weld, making SMAW one of the least efficient welding processes. In general, the operator factor, or the percentage of operator's time spent laying weld, is approximately 25%. The actual welding technique utilized depends on the electrode, the composition of the workpiece, and the position of the joint being welded. The choice of electrode and welding position also determine the welding speed. Flat welds require the least operator skill, and can be done with electrodes that melt quickly but solidify slowly. This permits higher welding speeds. Sloped, vertical or upside down welding requires more operator skill, and often necessitates the use of an electrode that solidifies quickly to prevent the molten metal from flowing out of the weld pool. However, this generally means that the electrode melts less quickly, thus increasing the time required to lay the weld.

Качество

Наиболее распространенные проблемы качества, связанные с SMAW, включают в себя разбрызгивание металла сварки, пористость, непровар, неглубокое проплавление и трещины. Разбрызгивание металла сварки, хотя и не влияет на прочность сварного соединения, ухудшает его внешний вид и увеличивает затраты на очистку. Часто требуются вторичные отделочные операции из-за эстетических дефектов, вызванных образованием брызг расплавленного металла. Это может быть вызвано чрезмерно высоким током, слишком большой длиной дуги или отклонением дуги, состоянием, связанным с постоянным током, характеризующимся отклонением электрической дуги от сварочной ванны под действием магнитных сил. Отклонение дуги также может вызывать пористость сварного шва, как и загрязнение свариваемых кромок, высокая скорость сварки и большая длина дуги, особенно при использовании электродов с низким содержанием водорода. Дефекты прочности сварного шва повышают склонность к образованию трещин. Пористость сварного шва может привести к серьезному ослаблению и часто обнаруживается только с помощью передовых методов неразрушающего контроля. Пористость возникает, когда газы, выделяемые сварочным флюсом, недостаточно защищают расплавленный металл сварки. Перегретый сварной шов поглощает азот, кислород и водород из атмосферы; эти газы образуют мелкие поры в сварном шве, которые высвобождаются при охлаждении. Непровар также снижает прочность сварного шва и часто легко заметен. Он может быть вызван недостаточным током, загрязненными поверхностями свариваемых кромок или использованием неподходящего электрода. Неглубокое проплавление ослабляет сварное соединение и может быть устранено путем уменьшения скорости сварки, увеличения тока или использования электрода меньшего диаметра. Другие факторы, влияющие на склонность к трещинам, включают высокое содержание углерода, легирующих элементов или серы в основном металле, особенно если не используются электроды с низким содержанием водорода и предварительный подогрев. Кроме того, свариваемые детали не должны быть чрезмерно зажаты, так как это создает остаточные напряжения в деталях (и особенно в сварном шве) при их расширении и сжатии в процессе нагрева и охлаждения. При охлаждении и сжатии сварного шва эти остаточные напряжения могут вызвать трещины.

Безопасность

Сварка с помощью СМАВ, как и другие методы сварки, может быть опасной и вредной для здоровья, если не соблюдать необходимые меры предосторожности. В процессе используется открытая электрическая дуга, которая представляет риск получения ожогов, предотвращаемых использованием средств индивидуальной защиты, таких как тяжелые кожаные перчатки и куртки с длинными рукавами. Кроме того, высокая яркость зоны сварки может привести к состоянию, известному как «электрическая дуга» или «ожог от вспышки», при котором ультрафиолетовое излучение вызывает воспаление роговицы и может повредить сетчатку глаз. Для предотвращения этого воздействия используются сварочные шлемы с темными защитными стеклами, а в последние годы появились новые модели шлемов с автоматически затемняющимися стеклами при воздействии интенсивного ультрафиолетового излучения. Для защиты окружающих, особенно в промышленных условиях, область сварки часто ограждают полупрозрачными сварочными занавесками. Эти занавески, изготовленные из поливинилхлоридной пленки, защищают находящихся поблизости работников от воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги, но не должны заменять фильтрующие стекла, используемые в шлемах. Помимо этого, испаряющиеся металлы и флюсы подвергают сварщиков воздействию опасных газов и твердых частиц. Дым, образующийся в процессе сварки, содержит частицы различных оксидов. Токсичность дыма во многом зависит от размера частиц: более мелкие частицы представляют большую опасность. Кроме того, могут образовываться такие газы, как углекислый газ и озон, которые могут быть опасны при недостаточной вентиляции. Некоторые современные сварочные маски оснащены электрическим вентилятором для рассеивания вредных паров.

Применение и материалы

Сварка металлическим электродом в защитных газах является одним из самых распространенных способов сварки в мире, на который приходится более половины всех сварочных работ в некоторых странах. Благодаря своей универсальности и простоте, она особенно широко используется в сфере обслуживания и ремонта, а также при строительстве стальных конструкций и в промышленном производстве. В последние годы ее применение сократилось, поскольку сварка порошковой проволокой получила распространение в строительстве, а сварка в защитных газах стала более популярной в промышленности. Однако, благодаря низкой стоимости оборудования и широкой области применения, этот процесс, вероятно, останется востребованным, особенно среди любителей и малого бизнеса, где специализированные методы сварки экономически нецелесообразны и не требуются. Сварка металлическим электродом часто применяется для сварки углеродистой, низколегированной и высоколегированной стали, нержавеющей стали, чугуна и ковкого чугуна. Хотя она менее распространена для цветных металлов, ее можно использовать для сварки никеля, меди и их сплавов, а в редких случаях – алюминия. Минимальная толщина свариваемого материала в основном определяется квалификацией сварщика, но редко бывает ниже. Верхней границы не существует: при правительной подготовке шва и многопроходной сварке можно соединять материалы практически любой толщины. Более того, в зависимости от используемого электрода и квалификации сварщика, сварка металлическим электродом может выполняться во всех пространственных положениях.

Оборудование

Оборудование для ручной дуговой сварки покрытым электродом обычно состоит из источника питания для сварки с постоянным током и электрода, с держателем электрода, зажимом заземления и сварочных кабелей (также известных как сварочные провода), соединяющих их.

Электроснабжение

Ток, используемый в SMAW, имеет постоянную выходную мощность, обеспечивая, что ток (и, следовательно, тепло) остается относительно постоянным, даже если изменяется расстояние до дуги и напряжение. Это важно, поскольку большинство применений SMAW выполняются вручную, требуя от оператора удержания электрода. Поддержание подходящего и стабильного расстояния до дуги затруднительно при использовании источника питания с постоянным напряжением, поскольку это может вызвать резкие колебания тепла и усложнить сварку. Однако, поскольку ток не поддерживается абсолютно постоянным, опытные сварщики, выполняющие сложные сварные швы, могут изменять длину дуги, вызывая незначительные колебания тока. Предпочтительная полярность системы SMAW зависит главным образом от используемого электрода и требуемых свойств сварного соединения. Постоянный ток с отрицательно заряженным электродом (DCEN) приводит к накоплению тепла в основном металле, увеличивая скорость плавления электрода и уменьшая глубину провара. Изменение полярности так, чтобы электрод был положительно заряжен (DCEP), а заготовка – отрицательно, увеличивает проплавление. При переменном токе полярность меняется более 100 раз в секунду, создавая равномерное распределение тепла и обеспечивая баланс между скоростью плавления электрода и проплавлением. Обычно оборудование, используемое для SMAW, состоит из понижающего трансформатора, а для моделей постоянного тока – выпрямителя, который преобразует переменный ток в постоянный. Поскольку сварочная машина обычно питается от переменного тока высокого напряжения, сварочный трансформатор используется для снижения напряжения и увеличения тока. В результате, вместо 220 В при 50 А, например, мощность, обеспечиваемая трансформатором, составляет около 17–45 В при токах до 600 А. Для достижения этого эффекта можно использовать различные типы трансформаторов, включая многообмоточные и инверторные машины, каждая из которых использует свой метод управления сварочным током. Многообмоточный тип регулирует ток либо путем изменения количества витков в обмотке (в трансформаторах с отводами), либо путем изменения расстояния между первичной и вторичной обмотками (в трансформаторах с подвижной обмоткой или подвижным сердечником). Инверторы, которые меньше и, следовательно, более портативны, используют электронные компоненты для изменения характеристик тока. Электрогенераторы и генераторы часто используются в качестве портативных источников питания для сварки, но из-за более низкой эффективности и более высоких затрат они используются реже в промышленности. Техническое обслуживание также, как правило, более сложно из-за сложности использования двигателя внутреннего сгорания в качестве источника энергии. Однако, в определенном смысле они проще: использование отдельного выпрямителя не требуется, поскольку они могут обеспечивать как переменный, так и постоянный ток. Однако, агрегаты с двигателем наиболее практичны при полевых работах, где сварка часто должна выполняться на открытом воздухе и в местах, где трансформаторные сварочные аппараты не могут быть использованы из-за отсутствия доступного источника питания для преобразования. В некоторых агрегатах генератор по существу такой же, как и в портативных генераторных установках, используемых для подачи электроэнергии из сети, модифицированный для производства более высокого тока при более низком напряжении, но все же на частоте 50 или 60 Гц. В более качественных агрегатах используется генератор с большим количеством полюсов, который обеспечивает ток с более высокой частотой, например, 400 Гц. Меньшее время, которое высокочастотная форма волны проводит вблизи нуля, значительно облегчает поджиг и поддержание стабильной дуги, чем с более дешевыми устройствами сетевой частоты или блоками питания сетевой частоты.

The power supply used in SMAW has constant current output, ensuring that the current (and thus the heat) remains relatively constant, even if the arc distance and voltage change. This is important because most applications of SMAW are manual, requiring that an operator hold the torch. Maintaining a suitably steady arc distance is difficult if a constant voltage power source is used instead, since it can cause dramatic heat variations and make welding more difficult. However, because the current is not maintained absolutely constant, skilled welders performing complicated welds can vary the arc length to cause minor fluctuations in the current. The preferred polarity of the SMAW system depends primarily upon the electrode being used and the desired properties of the weld. Direct current with a negatively charged electrode (DCEN) causes heat to build up in the parent material, increasing the electrode melting rate and decreasing the depth of the weld. Reversing the polarity so that the electrode is positively charged (DCEP) and the workpiece is negatively charged increases the weld penetration. With alternating current the polarity changes over 100 times per second, creating an even heat distribution and providing a balance between electrode melting rate and penetration. Typically, the equipment used for SMAW consists of a step down transformer and for direct current models a rectifier, which converts alternating current into direct current. Because the power normally supplied to the welding machine is high voltage alternating current, the welding transformer is used to reduce the voltage and increase the current. As a result, instead of 220 V at 50 A, for example, the power supplied by the transformer is around 17–45 V at currents up to 600 A. A number of different types of transformers can be used to produce this effect, including multiple coil and inverter machines, with each using a different method to manipulate the welding current. The multiple coil type adjusts the current by either varying the number of turns in the coil (in tap type transformers) or by varying the distance between the primary and secondary coils (in movable coil or movable core transformers). Inverters, which are smaller and thus more portable, use electronic components to change the current characteristics. Electrical generators and alternators are frequently used as portable welding power supplies, but because of lower efficiency and greater costs, they are less frequently used in industry. Maintenance also tends to be more difficult, because of the complexities of using a combustion engine as a power source. However, in one sense they are simpler: the use of a separate rectifier is unnecessary because they can provide either AC or DC. However, the engine driven units are most practical in field work where the welding often must be done out of doors and in locations where transformer type welders are not usable because there is no power source available to be transformed. In some units the alternator is essentially the same as that used in portable generating sets used to supply mains power, modified to produce a higher current at a lower voltage but still at the 50 or 60 Hz grid frequency. In higher quality units an alternator with more poles is used and supplies current at a higher frequency, such as 400 Hz. The smaller amount of time the high frequency waveform spends near zero makes it much easier to strike and maintain a stable arc than with the cheaper grid frequency sets or grid frequency mains powered units.

Электрод

Выбор электрода для дуговой сварки покрытым электродом (SMAW) зависит от ряда факторов, включая свариваемый материал, положение сварки и требуемые свойства сварного соединения. Электрод покрыт металлической смесью, называемой флюсом, которая выделяет газы при разложении для предотвращения загрязнения сварки, вводит деоксиданты для очистки сварного шва, способствует образованию защитного шлака, улучшает стабильность дуги и обеспечивает легирующие элементы для повышения качества сварки. Электроды можно разделить на три группы: электроды, предназначенные для быстрого плавления, называются электродами "быстрого наполнения", электроды, предназначенные для быстрого затвердевания, называются электродами "быстрого замораживания", а промежуточные электроды известны как электроды "наполнение-замораживание" или "быстрое следование". Электроды быстрого наполнения разработаны для быстрого плавления, чтобы максимизировать скорость сварки, в то время как электроды быстрого замораживания обеспечивают подачу присадочного металла, который быстро затвердевает, что позволяет выполнять сварку в различных положениях, предотвращая значительное смещение сварочной ванны до затвердевания. Состав стержня электрода обычно аналогичен, а иногда и идентичен составу основного металла. Однако, несмотря на наличие нескольких подходящих вариантов, даже незначительное различие в составе сплава может существенно повлиять на свойства полученного сварного шва. Это особенно верно для легированных сталей, таких как высокопрочные низколегированные стали (HSLA). Аналогичным образом, электроды, состав которых близок к составу основного металла, часто используются для сварки цветных металлов, таких как алюминий и медь. Однако иногда желательно использовать электроды, стержень которых существенно отличается от основного металла. Например, электроды из нержавеющей стали иногда используются для сварки двух кусков углеродистой стали и часто применяются для сварки деталей из нержавеющей стали с деталями из углеродистой стали. Покрытия электродов могут состоять из различных соединений, включая рутил, фторид кальция, целлюлозу и порошок железа. Рутиловые электроды, покрытые 25–45% TiO2, характеризуются простотой использования и хорошим внешним видом сварного шва. Однако они создают сварные швы с высоким содержанием водорода, что способствует охрупчиванию и образованию трещин. Электроды, содержащие фторид кальция (CaF2), иногда называемые щелочными или с низким содержанием водорода, гигроскопичны и должны храниться в сухих условиях. Они обеспечивают прочные сварные швы, но с шероховатой и выпуклой поверхностью соединения. Электроды, покрытые целлюлозой, особенно в сочетании с рутилом, обеспечивают глубокое проплавление, но из-за высокого содержания влаги необходимо использовать специальные процедуры для предотвращения чрезмерного риска растрескивания. Наконец, порошок железа является распространенной добавкой к покрытию, которая увеличивает скорость заполнения сварного шва электродом, вплоть до двух раз. Для идентификации различных электродов Американское общество сварки разработало систему, которая присваивает электродам четырех- или пятизначный номер. Покрытые электроды из углеродистой или низколегированной стали имеют префикс E, за которым следует их номер. Первые две или три цифры номера указывают предел прочности на растяжение сварного металла, в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi). Предпоследняя цифра обычно определяет допустимые положения сварки электродом, обычно используя значения 1 (обычно электроды быстрого замораживания, подразумевающие сварку во всех положениях) и 2 (обычно электроды быстрого наполнения, подразумевающие только горизонтальную сварку). Последние две цифры вместе указывают сварочный ток и тип покрытия электрода. При необходимости суффикс используется для обозначения легирующего элемента, вносимого электродом. Распространенные электроды включают E6010 – быстрозатвердевающий, всепозиционный электрод с минимальным пределом прочности на растяжение, работающий на DCEP и обеспечивающий глубокое проплавление с мощной дугой, способной прожигать легкую ржавчину или оксиды на заготовке. E6011 аналогичен, за исключением того, что его флюсовое покрытие позволяет использовать его с переменным током в дополнение к DCEP. E7024 – электрод быстрого наполнения, используемый в основном для изготовления плоских или горизонтальных угловых сварных швов с использованием AC, DCEN или DCEP. Примерами электродов "наполнение-замораживание" являются E6012, E6013 и E7014, все из которых обеспечивают компромисс между высокой скоростью сварки и сваркой во всех положениях.

The choice of electrode for SMAW depends on a number of factors, including the weld material, welding position and the desired weld properties. The electrode is coated in a metal mixture called flux, which gives off gases as it decomposes to prevent weld contamination, introduces deoxidizers to purify the weld, causes weld protecting slag to form, improves the arc stability, and provides alloying elements to improve the weld quality. Electrodes can be divided into three groups—those designed to melt quickly are called "fast fill" electrodes, those designed to solidify quickly are called "fast freeze" electrodes, and intermediate electrodes go by the name "fill freeze" or "fast follow" electrodes. Fast fill electrodes are designed to melt quickly so that the welding speed can be maximized, while fast freeze electrodes supply filler metal that solidifies quickly, making welding in a variety of positions possible by preventing the weld pool from shifting significantly before solidifying. The composition of the electrode core is generally similar and sometimes identical to that of the base material. But even though a number of feasible options exist, a slight difference in alloy composition can strongly impact the properties of the resulting weld. This is especially true of alloy steels such as HSLA steels. Likewise, electrodes of compositions similar to those of the base materials are often used for welding nonferrous materials like aluminium and copper. However, sometimes it is desirable to use electrodes with core materials significantly different from the base material. For example, stainless steel electrodes are sometimes used to weld two pieces of carbon steel, and are often utilized to weld stainless steel workpieces with carbon steel workpieces. Electrode coatings can consist of a number of different compounds, including rutile, calcium fluoride, cellulose, and iron powder. Rutile electrodes, coated with 25%–45% TiO2, are characterized by ease of use and good appearance of the resulting weld. However, they create welds with high hydrogen content, encouraging embrittlement and cracking. Electrodes containing calcium fluoride (CaF2), sometimes known as basic or low hydrogen electrodes, are hygroscopic and must be stored in dry conditions. They produce strong welds, but with a coarse and convex shaped joint surface. Electrodes coated with cellulose, especially when combined with rutile, provide deep weld penetration, but because of their high moisture content, special procedures must be used to prevent excessive risk of cracking. Finally, iron powder is a common coating additive that increases the rate at which the electrode fills the weld joint, up to twice as fast. To identify different electrodes, the American Welding Society established a system that assigns electrodes with a four or five digit number. Covered electrodes made of mild or low alloy steel carry the prefix E, followed by their number. The first two or three digits of the number specify the tensile strength of the weld metal, in thousand pounds per square inch (ksi). The penultimate digit generally identifies the welding positions permissible with the electrode, typically using the values 1 (normally fast freeze electrodes, implying all position welding) and 2 (normally fast fill electrodes, implying horizontal welding only). The welding current and type of electrode covering are specified by the last two digits together. When applicable, a suffix is used to denote the alloying element being contributed by the electrode. Common electrodes include the E6010, a fast freeze, all position electrode with a minimum tensile strength of which is operated using DCEP, and provides deep weld penetration with a forceful arc capable of burning through light rust or oxides on the workpiece. E6011 is similar except its flux coating allows it to be used with alternating current in addition to DCEP. E7024 is a fast fill electrode, used primarily to make flat or horizontal fillet welds using AC, DCEN, or DCEP. Examples of fill freeze electrodes are the E6012, E6013, and E7014, all of which provide a compromise between fast welding speeds and all position welding.

Вариации процесса

Хотя SMAW является почти исключительно процессом ручной дуговой сварки, существует одна заметная вариация процесса, известная как гравитационная сварка или гравитационная дуговая сварка. Она представляет собой автоматизированную версию традиционного процесса сварки покрытым электродом, использующую держатель электрода, закрепленный на наклонной штанге вдоль длины шва. После запуска процесс продолжается до полного расходования электрода, что позволяет оператору контролировать несколько систем гравитационной сварки. Используемые электроды (часто E6027 или E7024) обильно покрыты флюсом и обычно имеют длину и толщину. Как и при ручной дуговой сварке, используется источник питания для сварки с постоянным током, как постоянного, так и переменного тока отрицательной полярности. В связи с ростом популярности полуавтоматических процессов сварки, таких как сварка порошковой проволокой, популярность гравитационной сварки снизилась, поскольку ее экономические преимущества перед этими методами часто незначительны. Другие, еще менее распространенные методы, связанные с SMAW, включают сварку "фейерверком" – автоматический метод для выполнения стыковых и угловых швов, и сварку массивным электродом – процесс для сварки крупных деталей или конструкций, позволяющий наплавлять до 500 000 кг металла в час.