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
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.
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. [Всего: 2 Средний: 1.5/5]
Подготовительные работы
Перед началом работы с проводами нужно еще раз проверить отсутствие на них напряжения.
Для дальнейшей работы понадобятся нож или специальные разделочные приспособления, наждачная шкурка, растворитель, плоскогубцы или пассатижи, изоляционная лента или термоусадочная трубка. Если для изоляции применяется термоусадочная трубка, очень удобно использовать фен, дающий плотное облегание пленкой.
Для получения качественного соединения проводится подготовительная работа в такой последовательности:
- с жилы бережно снимают участок изоляционного покрытия не менее 7 см для жилы сечением 1,5 мм². Если провода толще, то на каждые 0,5 мм² диаметра жилы убавляют 5 мм изоляции. Разделку проводят вдоль проводника ножом или специальным инструментом — стриппером;
- оголенные участки провода зачищают наждачной шкуркой;
- поверхность проводников обезжиривают ацетоном или уайт-спиритом;
- аккуратно, чтобы не повредить провода, скручивают их в жгутик руками или плоскогубцами, стараясь обеспечить их плотное прилегание друг к другу;
- кусачками или монтажными ножницами отрезают кончик жгута для выравнивания жил.
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.
Читайте также: Реле сухого хода (датчик) для насоса
На этом видео можно увидеть, как выполняется воздушно-дуговая сварка:
Алгоритм сварки проводов
Для безопасной работы понадобятся рукавицы, защитные сварочные очки, спецодежда. Нужно еще раз проверить, что под местом сварки нет легковоспламеняющихся предметов. Убедившись в полной безопасности, можно начинать сварку:
- на скрутку возле изоляции ставят зажим-радиатор для отвода избыточного тепла от медного проводника и защиты изоляционного покрытия от оплавления;
- туда же крепится «масса» сварочного инвертора;
- к сварочному аппарату подключают питание от сети;
- держатель с электродом подносят к концу скрутки;
- дуга расплавляет медь, на конце жгута-скрутки образуется наплыв в виде капли;
- процесс сварки происходит 1-2 секунды.
После того как сварка остынет, скрутку помещают в термоусадочную трубку или обматывают изоляционной лентой.
Сварка нержавеющей стали угольным или графитовым электродом
Сварка угольным электродом выполняется дугой прямого воздействия, то есть дуга проходит между свариваемым металлом и электродом. Сварка угольными электродами сопровождается, как правило, испарением самого электрода.
Сам процесс сваривания происходит постоянным током при прямой полярности. Вследствие того, что температура кипения и плавления электродов из угля имеет разницу примерно в 400 градусов.
При сварке угольными электродами процесс ведется без присадочного материала. Иногда он может проводиться и с присадочным материалом. Также сварку Вы можете проводить сваривание, предварительно уложив присадочный материал в разделку кромок. Сваривание без присадочного материала заключается в том, что происходит оплавление дугой кромок деталей будущего изделия. Сварку металлов с использованием подачи присадочного материала можно выполнять правым и левым способом.
Сварочный ток подбирают на основании толщины и вида покрытия электродов. Также в этом случае важно брать во внимание толщину свариваемых листов или деталей. В наше время сваривание графитовыми электродами достаточно распространено, однако многие профессиональные сварщики решают использовать другие электроды для сварки нержавеющей стали.
Все-таки многие используют угольные или графитовые электроды и с их помощью без проблем исправляют дефекты литья материала или готового изделия. Такую особенность многие профессиональные сварщики оценивают по достоинству, ведь не каждым видом электродов можно без проблем исправить дефекты литья или механические повреждения.
Если сварка нержавейки происходит внахлест, то качество сварки только поднимается. Многие профессиональные сварщики сваривают нержавейку стык в стык. Они это делают из эстетических соображений или по желанию заказчика. Никто не должен осуждать кого-то, если тот человек сваривает металла тем или иным способом. Разумеется, для более высокого качества и прочности сварного шва нужно сваривать внахлест. Однако если Вы профессиональный сварщик, то Вам уже можно производить сваривание стык в стык, потому что только профессионал может качественно сварить при таком сложном стыке деталей изделия.
Нержавеющая сталь очень востребована, поэтому если Вы хотите превратиться из новичка-сварщика в профессионала, Вам нужно обязательно научиться варить нержавейку. Без такого полезного умения Ваши услуги будут не сильно востребованы, ведь нержавейка применяется во многих отраслях производства.
Для более комфортного обучения Вам нужно сразу купить качественные электроды, которые будут обеспечивать высокую скорость работы и долговечность изделия. Для того чтобы купить по выгодным ценам электроды Вам нужно перейти на страницу нашего сайта «Контакты». Там Вы увидите ссылки на сайты заводов изготовителей наших партнеров, которые известны высоким качеством продукции и самыми выгодными ценами в России. Электроды ручной дуговой Электроды Broco Электроды для углеродистой стали
Рекомендованные режимы сварочного тока для разных проводников
Величина сварочного тока зависит от размера сечения и количества жил в скрутке: чем толще скрученный жгут, тем большее значение силы тока нужно выставить на сварочном аппарате:
- 2 жилы, сечение каждой 1,5 мм² — 70 А;
- 3 жилы, сечение каждой 1,5 мм² — 80-90 А;
- 2-3 жилы, сечение каждой 2,5 мм² — 80-100 А;
- 3-4 жилы, сечение каждой 2,5 мм² — 100-120 А.
Указанные режимы сварочного тока являются ориентировочными. У разных производителей провода отличаются по химическому составу и заявленному сечению, сварочные приборы также отличаются своими характеристиками. Поэтому величину сварочного тока лучше подбирать практически на небольшом отрезке того же провода. Оптимальным при подборе режима опытным путем будет тот, когда дуга устойчива, а кончик электрода не клеится к месту сварки.
У современных аппаратов инверторного типа:
- устойчивый сварочный разряд, обеспечивающий качественное выполнение сварочных работ;
- при сварке жидкий металл не разбрызгивается;
- дуга не ослепляет сварщика из-за невысокой точки плавления меди;
- инверторы нетяжелые, их габариты небольшие, что позволяет переносить их к месту монтажа на ремне.
Особенности процесса
Электроды, сделанные из угля, отличатся от металлических тем, что относятся к неплавким. Это значит, что при сварке они играют роль проводника электричества, но не становятся частью сварочной ванны.
В ходе работы угольные стержни разогреваются до очень высокой температуры. А если продолжать нагрев, то практически сразу из расплавленного состояния они перейдут в состояние кипения (к слову, уголь кипит при температуре 4200 °C).
Из-за особенностей материала использовать в процессе сварки можно только постоянный электрический ток прямой полярности. Соответственно, минус (катод) здесь должен находиться на электроде, а плюс (анод) на металлической поверхности изделия.
При работе с угольными электродами сварщику, как правило, требуются присадочные элементы. При этом сваривать можно двумя путями:
- слева направо (в таком случае присадка оказывается позади электрода);
- справа налево (впереди находится присадка).
Интересно, что при сварке слева направо тепловая энергия используется эффективнее, и это позволяет увеличить скорость работы. Однако на практике чаще можно встретить технологию «справа налево» – она привычней.
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
Общая информация о сварке угольными электродами
Этот тип сварки используется достаточно редко. Структура основы материала не подходит для сваривания большинства металлов. Однако есть сплавы, в работе с которыми он проявляет себя хорошо.
Это цветные металлы, низкоуглеродистая сталь или чугун, толщина которого не превышает 3 мм. А также при спайке проводов из меди.
Ключевой показатель этого материала заключается в том, при воздействии высоких температур он не плавится. Происходит лишь плавка и испарение медного покрытия поверхности присадочного материала.
Из-за такой структуры смешения присадочного материала с металлом детали не происходит. Это дает минимальны расход стержня, а для сварщиков, работавших с плавящимся типом – непривычные характеристики процесса.
Сваривание металлических поверхностей при применении неплавящихся присадочных материалов происходит смешением металла самих деталей. Под воздействием высоких температур края детали расплавляются.
Расплавленный металл заполняет сварочный стык, формируя полотно шва.
В случае, если размер зазора между деталями не позволяет формировать надежный шов только за счет смешения основных металлов, для соединения используется присадочная проволока.
Преимущества и минусы
Далее поговорим о достоинствах, а так изъянах характерных для графитированных электродов.
Преимущества.
- Эти виды стержней очень стойкие к воздействию тока.
- Благодаря хорошей электропроводности износ стержня минимален.
- Электроды графитированные не окисляются при работе с высоким температурами, поэтому могут находиться в пользовании гораздо дольше.
- Достаточно стандартного оборудования.
Недостатки.
- Не имеют широкого области применения. Для использования в определенных условиях придется покупать наконечники разных форм и другой материал.
- В процессе использования в основном металле может быть увеличено количество углерода.
- Его сложно использовать для сварки тонких соединений, поскольку диаметр у такого стержня менее 6 мм отсутствует.
Сфера применения
Чаще всего этот расходник помогает при воздушной духовой резке металлов. Профессиональные мастера, которые берутся за сложные проекты, подмечают, что стержни из угля могут использоваться для обработки различных металлов:
- Стали (углеродистая, низколегированная);
- Цветных металлов (медь, алюминий, цинк);
- Легких и тяжелых сплавов (чугун, вольфрам и другие).
При работе с цветными металлами угольный стержень даст надёжное аккуратное соединение. В случае пайки легкоплавкими стержнями такого шва не получится.
Более того, благодаря угольному расходнику процесс будет быстрее и проще. При обработке бронзы или чугуна необходимо заточить окончание угля под острым углом (примерно 60 градусов).
Чтобы повысить плотность изделий, производители напыляют на них слой медного порошка. Для экономии материалов делают это при помощи электролитической лампы.
Угольную заготовку вместе с медным порошком помещают в сосуд с расвором электролитов. В ёмкости присутствует электролитическое поле, под воздействием которого медь оседает на поверхности изделия.
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.
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.
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.
Свойства и разновидности
Угольный электрод представляет собой твёрдый стержень, состоящий из угля (кокса) и нескольких добавок. В роли связующего элемента здесь применяется смола.
Такими стержнями можно сваривать все сорта и разновидности металлов — от тугоплавких и тяжёлых до лёгких и пористых. Диаметр угольного электрода может варьироваться от 1,5 до 25 мм, а длина – от 25 до 300 мм (самые длинные используются тогда, когда соединяемые детали располагаются в труднодоступном месте). Также они могут иметь разную форму:
- круглую;
- полукруглую;
- прямоугольную;
- полую.
В большинстве ситуаций для работы применяются круглые и полукруглые электроды — это лучший вариант для получения стандартного сварного шва.
Прямоугольные изделия в основном используются для заделки дефектов на стальных поверхностях, а полые характеризуются тем, что способны создать в месте соединения канавку в виде буквы U.
Стоит также знать, что помимо обычных существуют омеднённые угольные электроды. На них наносят медное напыление для увеличения прочности, но при этом все иные эксплуатационные свойства остаются примерно такими же.
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.
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.
