Угольные электроды

Угольные (графитовые) электроды для сварки, резки и строжки. Работа на больших токах с удалением значительных слоев металла. Возможность сварки меди, латуни и бронзы. Соединение путем расплавления металла проводов, шин, контактов из меди и алюминия.

В 1882 году российский ученый Н. Н. Бенардос впервые в мире соединил металлические детали с помощью электродуговой сварки. В своей установке он использовал неплавящиеся угольные электроды и раздельную подачу присадочного материала и флюса. Основываясь на этом методе, Бенардос также разработал сварку в защитном газе и электродуговую резку. Через шесть лет была изобретена сварочная технология с использованием плавящихся электродов, которые со временем практически полностью вытеснили угольные. В настоящее время последние ограничены в своем применении тремя основными направлениями: удаление излишков металла, дуговая резка и сварка отдельных материалов.

На просторах российского интернета в статьях о сварочных технологиях нередко можно встретить такое название, как «графитовый электрод». Не вдаваясь в подробности причин этого явления, следует отметить, что ГОСТ не предусмотрено изготовление сварочных электродов из графита. Государственным стандартом регламентированы только графитовые спектральные электроды, применяемые для лабораторных исследований. Производители могут выпускать угольные и графитовые стержни как фасонные изделия по ТУ 1915-086–00200851, но таким образом, как правило, изготавливают только толстые электроды для разделки лома и обработки отливок.

Кроме того, металлургические предприятия, на которых применяют графитированные электроды для электродуговых печей, самостоятельно производят нестандартные сварочные электроды из обломков этих крупногабаритных изделий, которые, по сути, тоже можно назвать графитовыми.

Рисунок 1 — Графитовый электрод

Применение в домашних мастерских

Для работы с угольными электродами в домашних условиях подойдёт стандартный элекродуговой сварочный аппарат. Так как теплопроводность угольных стержней мала, можно создавать дугу при силе тока всего в 3-5 Ампер.

Причём эта электродуга при необходимости вытягивается в длину в 30-50 миллиметров. Электрод испаряется медленно и не липнет к металлу, поэтому вести угольную дугу по направлению будущего шва достаточно легко.

Навыки, нужные для выполнения простых работ (таких как сварка проводов, сварка тонких металлических пластин и так далее), приобретаются в данном случае очень быстро.

Варить домашним мастерам следует не на улице, а строго в закрытых помещениях. Угольная дуга реагирует на дуновения ветра, газовые потоки, магнитные поля и другие воздействия.

Чтобы не тратить время на перестановку электрода в держателе и чтобы он не слишком нагревался при сварке, его можно заранее заточить с обоих концов. Когда один конец перегреется, электродержатель поворачивается на 180 °, и сварка продолжается другим концом.

Мастерам, у которых в наличии не слишком много расходных материалов, следует воспользоваться данным советом.

Угольные и графитовые электроды некоторые специалисты используют, чтобы варить медные шины на трансформаторных подстанциях. А в домашних кустарных мастерских такими электродами можно, например, сваривать медные провода.

Хорошим присадочным материалом в данной ситуации станут бронзовые прутки. Диаметры таких прутков подбираются в зависимости от толщины свариваемых деталей и рассчитываются по специальным формулам.

Вдобавок ко всему угольными электродами можно выполнять не только сварочные работы, но и операции по резке металлических изделий.

Работа с алюминием

Угольными электродами соединяют даже алюминиевые изделия, которые традиционно считаются сложными для сваривания. Алюминий обладает малой плотностью, значительной теплопроводностью и стойкостью к коррозии.

Плавится этот металл при температуре 660 °C, к тому же он достаточно хорошо сочетается с кислородом, из-за чего покрывается плёнкой окиси алюминия (химическая формула – Al2O3).

Наличие такой плёнки, а также лёгкость образования трещинок и пор в металле шва – главные трудности, с которыми сталкиваются при сварке алюминия. Но применение угольных электродов позволяет справляться с ними.

В частности, именно такой способ используют для соединения алюминиевых шин в цехах электролиза. Сваривают шины традиционно встык на подкладке из графита или алюминия.

По бокам шин монтируют графитовые пластины с вырезами напротив шва. Данные вырезы дают возможность вывести конечную и начальную точку шва за границы рабочего сечения.

При сварке алюминиевых поверхностей угольной дуговой сваркой присадочным материалом служит проволока или пруток из того же металла. Для того чтобы окисная плёнка не мешала и не повлияла на результат, на кромки шва добавляют флюс марки АФ-4А, который представляет собой однородный мелкодисперсный порошок белого цвета.

Свойства и предназначение

Сварочный угольный электрод — это такой стержень, ключевым компонентом которого является уголь (кокс). Помимо этого в его состав входят некоторые добавки, среди которых: смола, выступает объединяющим звеном, металлический порошок – придает изделию прочность. Габариты такого электрода по диаметру находятся в промежутке от 1,5 до 25 мм, а по длине – от 25 до 300 мм. Изготавливаются изделия очень легко: изначально создается состав из всех компонентов, затем происходит процесс формовки, и заключительный этап – сушка.

Нужно сказать, что применение описываемых изделий нашло себя во многих строительных работах.

Чаще всего применяется угольный электрод для сварки металлов, для выполнения воздушной духовой резки металлов и иных действий.

Специалисты, выполняющие сварку на профессиональном уровне, отмечают, что описываемые стержни могут применяться для работы не только с медью, но и с некоторыми другими изделиями:

  • сталь разных сортов, сюда входит и нержавейка, низколегированная, в которой содержится небольшое количество углерода,
  • тяжелые и легкие сплавы, например бронза, чугун. Но в случае выполнения работ с этими материалами, необходимо заточить окончание электрода под углом 65 градусов,
  • всевозможные цветные металлы. Кстати следует знать, что здесь можно получить достаточно качественное и надежное соединение, чего нельзя достичь методом обычной пайки. И сам процесс работы по времени будет менее продолжительным.

Разновидности угольных электродов

Для повышения прочности расходных материалов, в процессе их изготовления начали применять технологию напыления на электроды медного порошка. Другой способ – электролитический. Он подразумевает собой помещение в ванну с электролитом и самого стержня и медного порошка. Под воздействием электрического поля медь оседает на плоскости расходника. Исходом данной процедуры является образование омедненного угольного электрода.

В настоящее время, электрод угольный омедненный выпускается в пяти основных модификациях, которые различаются между собой по форме сечения:

  • круглые, у таких изделий диаметр стержня равен 3,2-19 мм;
  • круглые бесконечные, за этим видом наименование закрепилось благодаря его экономичности. То есть в процессе сварки его расход минимальный, если сравнивать его с другими существующими разновидностями;
  • плоские, здесь сечение стержней выполнено в прямоугольной форме (в редких случаях в квадратной), размер равен 8-25 мм. Чаще всего применяются для заделки дефектов на поверхностях отливок из стали;
  • полукруглые, у данных изделий сечение составляет – 10-19 мм. В настоящее время они считаются самыми распространенными и пользуются наибольшим спросом. Посредством полукруглых электродов можно решить любые проблемы, которые касаются резки металлических заготовок. В процессе сварки вы получите шов, который приобретет нужную форму;
  • полые, применяются нечасто. Характерная черта – используя данный вид электродов можно сформировать U-образную канаву. Диаметр стержня составляет 5-13 мм.

На заметку! Некоторые пользователи отмечают, что когда не было возможности приобрести угольный электрод, а сварку нужно было производить срочно, использовали угли из батарейки.

Однако, такая процедура скорее всего не обвенчается успехом. Если ваша цель — получение качественного и прочного шва, то лучше купить готовое изделие.

Режим сварки

Угольный электрод для сварки входит в категорию неплавких электродов, что и отличает его от других металлических стержней. Таким образом, осуществляя сварочные работы с таким изделием, можно применять исключительно постоянный ток прямой полярности. Это означает, что минус подсоединяется к электроду, а плюс к заготовке из металла.

В определенных ситуациях для сварки необходимо использовать присадочный элемент. Например, при отбортовке тонких металлических заготовок. Такая процедура будет более выгодной и простой. На рынке представлен большой выбор присадок, которые используются при таком виде сварки. Например, если вы работаете с медью, лучше отдать предпочтение бронзовому присадочному материалу.

Также следует обращать внимание на параметры сечения присадочной проволоки или пластины. Если оно больше, то существует риск того, что шов не проварится. При недостаточном сечении – наоборот можно его пережечь.

Совет! Выбирая для сварки электроды угольные омедненные, выбирайте присадочный материал, опираясь на толщину соединяемых заготовок.

Принцип сварки

Выделяется два метода сварки в процессе работы с угольным электродом:

  • правый, он подразумевает собой перемещение электрода справа налево, а присадка идет сразу за ним$
  • левый, в такой ситуации стержень движется слева направо, а присадка – перед ним.

Правая сварка считается более действенной, в плане применения тепловой энергии в участке сварки. Таким способом удобнее производить сварку деталей большой толщины. Да и скорость самого процесса выше примерно на 20-30%. Однако на практике сварщики отдают большее предпочтение левой технологии.

Подводя итог следует сказать, что чаще всего угольные электроды применяются для сварки медных проводов, в домашних условиях они нашли свое применение в резке металлов.

Назначение угольных электродов

Угольные электроды, в основном, используются для заделки дефектов в поковках, литых заготовках и металлопрокате, снятия излишков металла с поверхности сварочных швов и массивных заготовок, а также при сварке отдельных видов металлов и их сплавов. Обычно их применяют при таких видах работ, как:

  • устранение приливов, раковин и прочих дефектов;
  • строжка корней сварочных швов;
  • срезание прихваток и старой сварки;
  • прожигание отверстий;
  • срезание заклепок;
  • сварка металлических заготовок с тонкими краями;
  • сваривание цветных металлов;
  • сварочное соединение жил и шин при электротехнических работах.

При срезании лишнего металла обычно применяют метод строжки — выдувание кипящего металла из сварочной ванны узконаправленным потоком сжатого воздуха (см. далее). Таким способом вычищаются каверны в литых заготовках и поковках, а также снимается дефектный слой металла со сварных швов.

Применение этих изделий для сварки цветных металлов, в основном, ограничено чугуном, медью и ее сплавами (см. таблицу).

Материал детали Материал присадочных прутков Флюс Доп. условия
1 Медь Оловянно-фосфористая бронза, кремнистая латунь и медь (М1 или МСр1). Бура с добавками древесного угля, гидрофосфата натрия и кремниевой кислоты.
2 Бронза Тот же, что и основное изделие. Для оловянистых бронз — бура, для алюминиевых бронз — хлориды и фториды. Перед сваркой прогреть до 250÷350 °C.
3 Латунь Тот же, что и основное изделие. Погружение конца угольного стержня в расплавленный металл, чтобы дуга была полностью окружена парами цинка.
4 Чугун Чугунные прутки марок А и Б. На основе буры.

Сварка угольными электродами листового проката обычно производится без использования присадочных прутков, путем расплавления металла кромок заготовки. При этом толщина свариваемых листов обычно составляет 1÷2 мм, а их края соединяются или встык с отбортовкой (подогнутыми кромками) или внахлест.

Устройство и характеристики

Угольные электроды — это стержни круглого или прямоугольного сечения, изготовленные из электротехнического угля, который представляет собой смесь углерода (в виде кокса или антрацита), сажи и связующих веществ (каменноугольная смола или жидкое стекло). Круглые изготавливают методом экструзии и поставляются потребителям в виде стержней диаметром от 4 до 18 мм и длиной 250÷700 мм, а прямоугольные — методом прессования в формах. Помимо типоразмеров ГОСТ также применяются специальные стержни увеличенной толщины (15х15, 20х20 и т. п.), изготовленные по ТУ.

Угольные электроды намного дешевле и прочнее графитовых. Но удельное сопротивление электротехнического угля в несколько раз выше, чем у графита. Поэтому для улучшения электротехнических характеристик угольных стержней их поверхность покрывают медью.

В качестве примера в таблице приведены основные параметры круглых омедненных угольных электродов марки ВДК длиной 305 мм.

Обязательное условие применения этих изделий — выполнение работ только на прямой полярности. При обратном включении дуга очень неустойчива, качество шва из-за науглероживания металла получается низким, рабочая температура угольного стержня гораздо выше, что увеличивает скорость его испарения.

Угольные электроды для сварки применяются реже, чем аналоговые со стальным плавящимся стержнем. Но они в некоторых ситуациях просто незаменимы. К тому же с помощью угольного электрода можно проводить большой спектр работ: сварка, резка, плавка. Плюс им обрабатываются практически все виды современных металлов, от тугоплавких и тяжелых, до легких и пористых. Но вначале необходимо разобраться, что собой представляет угольный электрод.

Это стержень, в основе которого лежит уголь (кокс), плюс несколько добавок: в качестве связующего применяется смола, в качестве упрочняющего элемента металлический порошок. Размеры угольного электрода варьируются по диаметру от 1,5 до 25 мм, по длине от 25 до 300 мм. Процесс производства очень прост: изготовление смеси компонентов, формовка и сушка. Может возникнуть вопрос, почему такой большой разброс длины. Все дело в различных проблемах, которые решаются угольными электродами. К примеру, если свариваемые детали расположены в неудобном месте, то применение длинного стержня решает возникшую проблему.

Применение угольных электродов

Этот тип электродов используется для создания отверстий в стальных заготовках. Ими выполняется строжка и резка металла, а также сварка медных проводов. Угольные стержни часто применяются в сталелитейной промышленности, судостроении и других подобных сферах.

Очень часто их можно встретить в работах по горячей сварке чугуна и при сварке тонких изделий. При помощи угольных электродов устраняются дефекты литья, что гораздо выгоднее, чем отливать лист металла заново. Стержни применяются для наплавки твердых составов и сварки цветных металлов.

Особенности сварки

Для работы такими электродами требуется постоянный ток прямой полярности. При сварке обратной полярностью дуга горит нестабильно и происходит науглероживание металла шва, что отрицательно сказывается на его параметрах. Содержание углерода может повышаться вплоть до 1%.

Во время работы нужно учитывать такие особенности:

  • Дуга, возникающая при сварке данными стержнями является очень чувствительной к магнитному дутью, газам и ветру.
  • Производительность угольных электродов ниже, чем у обычных металлических плавящихся стержней.

Изделия такого типа применяются также при дуговой пайке. Она может быть прямой (когда дуга образуется между электродом и деталью) или косвенной, с использованием дуги, образованной между двумя электродами.

Омедненные электроды круглого сечения предназначены для резки, строжки и снятия фасок. Стержни с прямоугольным сечением применяются для выравнивания дефектов и зачистки поверхностей.

Среди угольных электродов представленных на рынке, можно найти несколько разновидностей:

  • Круглые стержни с добавлением меди. Применяются в разных сферах и могут иметь диаметр от 3,2 до 19 мм.
  • Бесконечные омедненные. Очень экономичные изделия, которыми можно работать в течение долгого времени. Для них нужна специальная машинка. Диаметр 8 — 25 мм.
  • Омедненные плоские. Имеют квадратное или прямоугольное сечение диаметром до 25 мм.
  • Полукруглые с добавлением меди. Эти стержни применяются чаще всего. С одной стороны они плоские, с другой круглые. Это позволяет использовать их для любых задач. Диаметр может быть от 10 до 19 мм.
  • Полые омедненные. Применяются для стружки и создания U-канавок. Их диаметр может варьироваться от 5 до 13 мм.

Состав и технические характеристики

Основным компонентом угольных стержней является угольный кокс. Помимо него, в составе есть металлический порошок, придающий электроду прочность и смола, соединяющая все компоненты. Диаметр таких электродов может быть различным — от 1,5 мм до 300 мм.

Помимо размеров и сечения, угольные электроды имеют и другие параметры:

  • Сила тока, которая подается на электрод. Она зависит от материала и оборудования, с которым вы работаете.
  • Формы и размеры канавок. Они зависят от конца стержня и его размеров. Самыми популярными являются большие электроды, которыми можно работать с массивными деталями.
  • Толщина среза зависит от мощности тока. Но здесь нужно внимательно следить за тем, чтобы изделие выдержало и не проплавилось.

Маркировка и обозначения

По большей части в маркировке угольных электродов можно встретить только буквенные шифры. Цифры в названиях моделей означают диаметр и длину стержня.

  • буква «С” — означает что электрод сварочный;
  • «К” — круглое сечение;
  • «ВД” — воздушно-дуговая сварка;

Наиболее популярные марки

На рынке можно встретить 2 основные разновидности угольных электродов. Это СК и ВДК. Они соответственно предназначены для обычной и воздушно-дуговой сварки.

На российском рынке чаще всего встречаются электроды Arcair от Esab. Ими выполняются такие работы:

  • устранение дефектов;
  • ремонт изделий и конструкций;
  • удаление швов;
  • подготовительные работы;
  • удаление лишнего материала;
  • обрезка лишней арматуры и фрагментов изделий.

На этом видео можно увидеть, как выполняется воздушно-дуговая сварка:

Угольные электроды применяются в промышленном производстве при работе с особыми конструкциями и изделиями. Они отличаются высокой экономичностью и малым расходом. В большинстве случаев их используют вместе со специальным сварочным оборудованием, с которым они показывают наибольшую эффективность.

Виды угольных электродов

Нормативной базой для производства отечественных угольных электродов является ГОСТ 10720-75, содержащий описание трех типов таких изделий: ВДК, ВДП, СК, — которые могут выпускаться как омедненными, так и без покрытия. ВДК (воздушно-дуговые круглые) должны изготавливаться длиной 300 мм и четырех типоразмеров по диаметру. СК (сварочные круглые) — длиной 250 мм и шести типоразмеров по диаметру. ВДП (воздушно-дуговые плоские) — длиной 350 мм и двух сечений. По запросу заказчика разрешается изготавливать изделия СК с линейным размером до 700 мм.

Кроме отечественных электродов на российском рынке представлена продукция известных международных сварочных брендов и производителей из Восточной Азии. Шведский концерн ESAB предлагает свыше двадцати видов омедненных угольных электродов. Кроме изделий, используемых для сварки на постоянном токе прямой полярности, в номенклатуре ESAB присутствуют четыре типоразмера для сварки на переменном токе. А известный немецкий производитель сварочных принадлежностей ABICOR BINZEL, рекламируя свою продукцию, акцентирует внимание на том, что она изготовлена из «синтетического графита» (т. е. графитированного углерода). Вполне вероятно, что эти изделия спрессованы из порошка, полученного из остатков и лома металлургических графитированных электродов.

Помимо этого, на рынке присутствуют прессованные электроды из электротехнического и графитированного углерода, которые изготавливаются на заказ производителями угольных и графитовых изделий по ТУ 1915-086–00200851.

Как правило, они представляют собой прямоугольные стержни толщиной 10, 20, 30 и более миллиметров и применяются для объемных работ на больших сварочных токах: разделке металлургического лома, устранении прибылей на отливках, сквозной резке толстого металла и пр.

Советы по сварке

При сварке медных проводников следует помнить, что в первую очередь нужно подготовить и очистить свариваемые поверхности, а затем надежно их зафиксировать. Сварка медных проводов и шин осуществляется только в положении сверху вниз, т. к. расплавленная медь обладает повышенной текучестью. При этом используется флюс «борный шлак». Еще одной особенностью данного типа электродов является то, что процесс плавления у них почти неразличим, т. к. практически сразу начинается испарение (электротехнический уголь плавится при температуре 3800 °C, а испаряется — при 4200 °C).

Рекомендуемый угол заточки торцов угольных стержней — 60÷70°, но для сварки цветных металлов их необходимо затачивать под углом 20÷40°. Листовую медь толщиной до 4 мм можно сваривать без использования присадочных прутков (но с обязательной отбортовкой кромок), а свыше 4 мм — встык с присадочным материалом и разделкой кромок под углом 45°. Технология сварки латуни требует разделки кромок под углом 60÷70° с притуплением торцов на 1÷2 мм. Сварка производится путем погружения конца стержня, который должен быть полностью окутан парами цинка.

Рисунок 5 — Провода из латуни

Строжка угольным электродом

Строжка — это удаление узкого поверхностного слоя с использованием электродуговой сварки угольными электродами. Само слово ведет свое происхождение от глагола «строгать», т. к. этот процесс в чем-то аналогичен обработке пазов на строгальном станке. Технология строжки основана на разогреве металла электрической дугой до температуры кипения с последующим выдуванием его из сварочной ванны узконаправленным потоком воздуха. Строжка выполняется на глубины до десятков миллиметров, а ее производительность, зависящая от толщины угольного электрода и силы тока, измеряется в граммах удаленного металла на сантиметр канавки.

При выполнении строжки электрод под наклоном 30÷45° равномерно перемещают вперед, формируя канавку, которая на несколько миллиметров шире и глубже диаметра электрода. Строжка производится специальным воздушно-дуговым резаком, который имеет устоявшееся жаргонное название «строгач». Контактная пластина с соплами для подачи воздуха расположена на нижней губке строгача, поэтому поток воздуха направлен вдоль нижней части электрода в сторону сварочной ванны (см. рис. ниже). Подача воздуха должна прекращаться через несколько секунд после разрыва контакта электрода с металлом.

Рисунок 6 — Направление воздуха при сварке

Применение сварки угольными электродами для соединения электротехнических шин из меди и алюминия подробно регламентировано инструкцией «Росэлектромонтажа» И 1.08-08. Но там ничего не говорится о сварке проводов. Вместе с тем в интернете достаточно много фотографий, демонстрирующих использование такой сварки при монтаже электропроводки в обычных квартирах и офисных помещениях. Однако найти даже упоминание о нормативном документе, регламентирующем такую технологию, нам пока что не удалось. Если вам что-нибудь известно об этом, пожалуйста, напишите комментарий к этой статье.

Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *