Угольный электрод, его отличительные особенности

Угольные электроды изготавливаются из аморфного электротехнического угля в форме круглого сечения стержней длиной 250…700мм, диаметром 6…18мм с черной гладкой поверхностью. Конец электрода затачивается под углом 60…70 градусов, а для сваривания цветных металлов – под углом 20…40 градусов.

Общие сведения

Что собой представляет такой сварочный электрод? Это стержень, основной его компонент — коксовый уголь. В его классический состав также включены и другие материалы.

Например, металлический порошок, который делает заготовку прочной, смола — объединяющий компонент. Диаметр его (в зависимости от типа) 1,5-25 мм, а длина – 25 — 300 мм.

Изготовление угольного изделия делится на три этапа: на первом этапе создается «смесь» из всех материалов, затем смеси придают форму, а в конце производства стержни проходят сушку.

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.

Применение угольных электродов

Дуговая электросварка с применением угольных электродов в нашей промышленности применяется, главным образом, для горячей сварки чугуна, для сваривания тонкостенных изделий с отбортовкой, исправления дефектов стального литья, а также для наплавки твердых сплавов и сваривания цветных металлов. Угольные электроды с успехом могут применяться для сваривания тонколистового металла.

Сварка угольным электродом требует использования постоянного напряжения при прямой полярности (на электроде – минус). При сварке с обратной полярностью наблюдается неустойчивое горение дуги. Обратная полярность, кроме того, способствует науглероживанию основного металла. Содержание углерода, при этом, в основном металле при сваривании малоуглеродистой стали может увеличиться на 0,6-1,0 процента. Обратная полярность применяется при воздушно дуговой резке.

Процесс сварки угольными электродами обладает некоторыми особенностями:

• сварка возможна только на прямой полярности (на электроде минус), а при обратной полярности дуга горит неустойчиво, шов формируется плохо, происходит науглероживание наплавленного металла, сильно греется электрод на большой длине и увеличивается его испарение;
• дуга чувствительна в процессе сварки к различным внешним воздействиям: магнитному дутью, потокам газов, ветру;
• коэффициент полезного действия (КПД) дуги ниже при сварке угольным электродом, чем при сварке плавящимся металлическим электродом.

Угольные электроды применяются также при дуговой пайке. Пайка угольными электродами осуществляют дугой прямого действия, которая горит между электродом и деталями. Иногда используется дуга косвенного действия, которая горит между двумя угольными электродами.

Угольные электроды омедненные круглого сечения используются преимущественно для резки, строжки канавок, снятия фасок. Электроды прямоугольного сечения применяются для устранения дефектов поверхности на стальных отливках и для очистки поверхности.

С чем можно работать?

•  Сталь.  Причем самая разная – нержавейка, низколегированные сорта, малоуглеродистые и так далее.
•  Тяжелые и легкие сплавы  (к примеру, чугун, бронза). Для такой работы конец электрода затачивается на 65º.
•  Цветные металлы.  Профессионалы при скреплении медных проводников сварку угольными электродами (с углом заточки 30º) предпочитают традиционной пайке. Такая технология однозначно позволяет добиться большей прочности соединения. А если учесть, что времени понадобится значительно меньше, чем при работе паяльником, припоем и кислотой, то преимущество налицо.

На рисунке показаны возможные типы соединений.

Особенность сварки угольными электродами состоит в том, что источник переменного тока подключается крайне редко. В основном, в промышленных сварочных установках-автоматах. Главная причина – неустойчивость дуги, которую нивелировать довольно сложно. На производстве для этого используются мощные соленоиды, создающие компенсирующее магнитное поле. При сварке ручной частично стабилизировать дугу можно нанесением вдоль линии реза специальных флюсов или паст.

При работе угольными электродами основным источником питания служит аппарат постоянного тока, причем способ подключения – прямая полярность («+» – на образце, «–» – на стержне). Достаточно 4±1 А, чтобы получить устойчивую электрическую дугу длиной до 5 см.

А вот полярность обратная (при неправильном подключении) приводит к тому, что температура электрода резко повышается, причем по всей его длине, происходит интенсивное выгорание угольной массы, снижается качество работы. Последнее объясняется тем, что изначально заточенный кончик стержня притупляется. Кроме того, длина дуги ограничена (не более 1,2 см), начинает «играть», а в металле образца повышается концентрация углерода.

Существенный плюс угольных электродов в том, что выгорание массы вещества (при прямом включении) происходит медленно, и стержень практически не прилипает к обрабатываемой поверхности даже при нарушении правил резки (сварки). Именно поэтому они рекомендуются к использованию как в процессе начального обучения, так и приобретения профессиональных навыков. Освоив все тонкости работы с ними, можно легко перейти на иные технологии.

Как правило, при возможности выбора методики сварка угольными стержнями ведется, если по местным условиям работать нужно лишь одной рукой, то есть без подачи в рабочую зону присадочной проволоки. Если производится сварка образцов толщиной не более 3 мм, то скорость работы резко повышается. Эта особенность технологии и учитывается при определении оптимального способа соединения заготовок в каждом конкретном случае.

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.

Диаметр (мм)	Рабочий ток (А)	Удаление металла (г/см)	Канавка (ширина/глубина) (мм)	Толщина реза (мм)
4	150÷200	10	6÷8/3÷4	7
6	300÷350	18	9÷11/4÷6	9
8	400÷500	33	1÷13/6÷9	11
10	500÷550	49	13÷15/8÷12	13

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.

Омедненные угольные электроды

Предназначение и использование омедненных угольных вариантов этих изделий обширно, и поэтому сами они и пользуются стабильно высоким спросом.

Сваривание проводов является наиболее эффективным и надежным способом их соединения. Однако, говоря о сварке, стоит помнить, что алюминиевые провода сейчас не используются, так как предпочтение отдаётся медным. Без сварочного инвертора в этом деле никак не обойтись: он отвечает за контролирование величины сварочного тока, при этом сопоставляя диаметр электрода и работу, которая с ним проводится. Температура плавления угольных электродов равна 3800 градусам, это способствует их многократному использованию и делает их подходящими для сварки проводов.

Благодаря их применению в сварочном процессе, такое соединение проводов приобретает множество преимуществ: это и прочность, и безопасность, и минимальное сопротивление электротока в том месте, где производилась сварка.

Также угольные электроды активно используются для того, чтобы резать и прошивать отверстия, для строжки в углеродистых сталях (как легированных, так и низколегированных).

Их омеднение происходит электролитическим способом, но стоит не забывать о том, чтобы медное покрытие полностью прилегало к поверхности, при этом не имея раковин. Благодаря омеднению увеличивается длительность пользования воздушно-дуговыми горелками – а это несомненный плюс.

Стоит отметить, что омедненные угольные электроды активно используются и в других сферах, помимо сталелитейной промышленности. Также они активно применяются в судостроении, машиностроении и при производстве металлоконструкций.

От привычных способов резки металла угольные электроды отличают их особенности и связанный с ними ряд преимуществ: благоприятный метод использования углерода, электрического тока и сжатого воздуха – благодаря этому происходит поверхностная резка непосредственно с удалением металла. Омедненный углерод имеет широкий диапазон использования, охватывающий как малоуглеродистые стали, так и сплавы вроде чугуна, нержавеющей стали и, конечно, легких сплавов.

Физический контакт между сжатым воздухом и возникшей электрической дугой позволяет легко удалять расплавленный металл при помощи воздушной струи.

Время хранения омедненных изделий от предприятия-изготовителя – двенадцать месяцев, а неомедненных – тридцать шесть месяцев.

Разновидности угольных электродов

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.

Таблица соответствий

Советуем ознакомиться с таблицей соответствия диаметра электродов силе их тока, ширине канавки, которая образуется во время работы в зависимости от толщины реза и благодаря их массе в граммах:

Диаметр	4 мм	6 мм	8 мм	10 мм
Ток, А	150-200	300-350	400-500	500-550
Удаление металла, г/см	10	18	33	40
Канавка: ширина высота	6-8 3-4	9-11 4-6	11-13 6-9	13-15 8-12
Толщина реза, мм	7	9	11	13
Масса, г	7	16	28	38

Предприятия-изготовители упаковывают готовые электроды в пачки: 25 штук – тогда, когда диаметр электродов 15 и 18 мм, 50 штук – если диаметр составляет 10 мм, 100 штук – если диаметр 6 и 8 мм.

Угольные электроды в домашних мастерских

Схема сварки медной проволоки.

Для работы с ними кустарным образом вполне подойдет традиционный электродуговой сварочный аппарат. Одна из преимущественных сторон – очень скромная сила тока для создания электрической дуги благодаря низкой теплопроводности: вполне хватает 3 – 5 А.

Электрическая угольная дуга может быть протянута на длину до 50-ти мм, ее очень легко и комфортно вести вдоль будущего шва из-за медленного испарения электрода во время сварки и отсутствия эффекта прилипания.

Учиться сварке с угольными электродами на примерах соединения проводов, металлических заготовок с тонкими краями и т.д. – чудесная возможность освоить все навыки быстро и эффективно.

Важный совет: заниматься этим видом сварки нужно только в закрытых помещениях. Дело в том, что дуга в таких технологиях может потухнуть при малейшем дуновении ветра, не говоря уж о газовых потоках, магнитных полях и других факторах внешней среды.

Лучше всего заточить электрод с обоих концов: в этом случае не нужно будет тратить лишнего времени не перестановку расходника в держателе. Кроме того, снизится риск перегрева расходника при сварке.

А с заточенными концами держатель может разворачиваться на 180° при перегреве одного конца, чтобы продолжать работу другим концом. Это позволит в том числе сэкономить на расходных материалах.

Иногда применяют неплавящиеся угольные электроды для сварки шин из меди в трансформаторах на подстанциях. Варят и медные провода, но это главным образом в мелких мастерских кустарного характера.

В качестве присадочных материалов самым лучшим вариантом являются прутки из бронзового сплава. Они бывают с разными диаметрами, которые нужно подбирать, исходя из толщины соединяемых металлических заготовок, которая используется в расчетах по специальной формуле.

Еще одним видом работ, в которых используются угольники, является резка металлов.

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

Итоги и выводы

Во время работы с электродом из угля есть два возможных варианта сварочного процесса:

• правосторонний — сварщик переносит электрод справа налево, а сразу за стержнем идет присадка;
• левосторонний – наоборот, электрод двигают слева направо, но присадка всё так же идет за ним.

Правый вариант более эффективный, если учитывать приложение тепла непосредственно в участке сварки. Детали с большой толщиной удобнее варить именно правосторонним способом, а тонкие — левосторонним.

Кроме того, скорость «правой» работы выше скорости левостороннего примерно на четверть. Однако, многие сварщики чаще предпочитают именно второй способ работы.

Угольные электроды в целом используют для работы с медью и резки металлов. А благодаря разнообразию, прочности и удобству, они нашли своё применение в домашнем хозяйстве.

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.

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:

Заключение

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.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...