Отличительные особенности угольных электродов, нюансы применения, плюсы и минусы

Главная / Электроды

Назад

Время на чтение: 3 мин

0

6011

Пользователи сварочных аппаратов в основном используют электроды со стальным легкоплавким стержнем.

Но для цветных металлов или U-образных швов необходим стержень из угля.

С помощью него можно варить, резать и плавить. Пришло время узнать о преимуществах этого типа изделий.

• Общие сведения
• Сфера применения
• Разновидности
• Особенности сварки
• Итоги и выводы

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.

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.

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.

Применение в домашних условиях

В небольших мастерских, дома, на станциях технического обслуживания угольные электроды тоже применяются. Для этого достаточно иметь обыкновенный аппарат электрической дуговой сварки. В силу небольшой теплопроводности угольного стержня сварочная дуга образуется при небольшой силе тока – достаточно 3-5 ампер. Такая дуга может достигать длины 3-5 сантиметров. Электрод не залипает и медленно испаряется. Поэтому формировать дугу по направлению стыка довольно просто.

Используя угольные электроды, любители быстрее осваивают навыки работы с тонкостенными листами, металлическими пластинами, проводами разного сечения – всеми теми материалами, где требуется «тонкий подход». Выполнять работы домашним мастерам рекомендуется в закрытых приспособленных помещениях, но не на улице. Дело в том, что угольная дуга очень чувствительна к магнитному излучению, сторонние газы и, главное, на дуновения ветра.

Опытные специалисты с целью экономии расходных материалов советуют прибегнуть к небольшой хитрости. Если электрод заточить с двух сторон, то его можно использовать, переворачивая. То есть, когда один край перегрелся, держатель поворачивается на 180 градусов и можно продолжить работу другой стороной электрода. К тому же не придется расходовать время на замену стержня.

Графитовые и угольные электроды годятся для сваривания медных шин на трансформаторных подстанциях. В домашних условиях такие расходные материалы пригодятся для соединения медной проводки. В качестве присадочного материала в данной ситуации используются бронзовые прутки. Важно правильно выбрать диаметр присадочного материала. Он зависит от толщины свариваемых заготовок и рассчитывается по специальной формуле.

Стоит подчеркнуть, что угольные электроды хорошо работают не только по сварке, но и по резке металла.

Разновидности

Ассортимент диаметров довольно широк
Сейчас омедненный электрод представлен в пяти разных вариантах. Для каждой модификации существует своя область использования. Угольные сварочные электроды бывают:

• круглые (3,2-19 мм) – универсальные, для простых сварочных работ;
• полукруглые (диаметр 10-19 мм) – их используют для нарезки заготовок из металла;
• круглые бесконечные – называются так, потому что во время работы расход материала будет минимальным (в сравнении с другими типами электродов);
• плоские (диаметр 8-25 мм) – в разрезе такие стержни квадратные или прямоугольные, а используют их в основном для исправления дефектов на стальной поверхности;
• полые (сечение 5-13 мм) – их применяют редко, но при помощи этого вида электродов можно образовать характерную U-образную канву.

Плюсы и минусы

Рассмотрим основные достоинства и недостатки, которыми характеризуется электрод графитный.

Достоинства:

• электроды графитированные характеризуются высокой устойчивостью к воздействию тока,
• отличаются хорошими показателями электропроводности, которая обеспечивает небольшие потери стержня в процессе работы,
• при высоких температурных режимах материал не окисляется, благодаря этому подобные электроды могут прослужить дольше,
• для работы с графитовыми электродами не нужны специальные держатели, подойдут стандартные.

Минусы:

• изделия имеют достаточно узкий спектр действия и для определенных условий нужно будет приобретать различные материалы, наконечники у которых будут иметь разную форму,
• в процессе работы графитовый электрод может увеличивать численность углерода в основном металле,
• минимальный диаметр равен 6 мм, что значительно затрудняет возможность применять такой стержень для осуществления тонкого соединения.

Особенности сварки

Некоторые сварщики делились историями о том, как они использовали в качестве источника угля батарейки, не имея возможности купить стержень. Учтите, что этот вариант не подойдёт, если вам нужен красивый шов.

Угольный электрод имеет свойство не плавится. В этом заключается его основное отличие от типичных металлических стержней.

Работа с ним имеет некоторые особенности: сварка с этим стержнем требует не переменного, а постоянного тока, полярность которого прямая. Плюс должен подсоединяться к металлу, с которым вы работаете, а минус – непосредственно к электроду.

Некоторые ситуации во время сварочных работ требуют использования присадочного элемента. Такой ситуацией может быть, например, отбортовка тонких заготовок из металла. Используя присадку, можно сделать эту процедуру проще и выгоднее.

Выбирать присадку нужно учитывая материал, с которым проводится работа. При пайке меди, например, следует выбирать бронзу как присадочный материал.

Стоит обратить внимание и на форму и площадь сечения присадочной проволоки (также это может быть пластина).

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.

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.

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.

Принцип работы дуговой сварки – схема устройства

Так как для сварки нужен большой ток, то основой любого сварочного автомата является понижающий трансформатор – проигрыш в напряжении всегда сопровождается выигрышем в силе тока и наоборот. Для преобразования переменного тока в постоянный используется стандартный диодный мост, а для сглаживания пульсаций – конденсатор.

Ощутимый минус использования устройства постоянного тока – диоды и конденсатор используются немаленьких размеров и они значительно увеличивают вес сварочного аппарата, который изначально делается переносным.

Также специалисты рекомендуют на входе или выходе диодного моста поставить добавочное сопротивление, так как диоды «не любят» короткое замыкание в чистом виде.

Многие умельцы вручную собирают себе сварочный аппарат для сварки медных проводов, что выдает дугу от переменного тока и с успехом ими пользуются. Поэтому однозначно утверждать, что нужно применять именно устройство постоянного тока нельзя – каждый выбирает себе необходимую модель по навыкам. Если вручную собирается сварочный аппарат переменного тока, то из схемы попросту выбрасываются диодный мост и конденсатор.

Необходимый навык, который придется освоить для использования сварочного аппарата переменного тока – научиться «на глаз» определять в течение какого времени следует удерживать зажженную дугу электрического разряда, чтобы конец скрутки разогрелся и сплавился.

Наиболее распространенный способ сделать минусовый контакт, которым осуществляется сварка – это старые плоскогубцы, которыми удерживаются провода.

Для фазы берется зажим, которым можно удерживать графитовый стержень. Конструкция зажима может быть самой разнообразной – от винтового соединения до так называемых «крокодилов», как самодельных, так и заводского изготовления. Для соединения с самим сварочным аппаратом применяются кабели сечением порядка 10 мм².

Несмотря на то, что устройство собранное в промышленных условиях на порядок дороже самодельного, всё же его цена не является заоблачной и позволяет приобрести такой сварочный аппарат даже при ограниченном бюджете. Преимущества его использования очевидны – это точно рассчитанная конструкция с регулятором тока, которая позволяет работать с разными типами металлов и количеством свариваемых проводов.

Популярные марки

Сегодня производство графитированных электродов обрело широкий спрос, с такими изделиями вы можете осуществлять сварку своими руками. Рассмотрим, какие разновидности стержней с графитом существуют:

• ЭГ – графитированные материалы, которые производятся из каменноугольного пека и нефтяного кокса. Подобные изделия применяются для работы с плотностью тока не выше, чем 25 А/см². Отдельные производители выпускают их совместно с ниппелями. Очень часто применяются графитированные электроды для электродуговых печей. Самые популярные марки ЭГ1 и ЭГ2, основное различие которых заключается в удельном сопротивлении.

графитированные электроды ЭГ1

• ЭГС – для изготовления таких материалов необходим каменный пек и игольчатый кокс. Используются такие графитированные электроды для электродуговых печей, руднотермических конструкций и рафинировочных приборов.

электроды ЭГС

• ЭГП – изделия для резки пропитанные. Изготавливаются они из нефтяного кокса каменноугольного пека. Помимо этого для достижения лучшего эффекта при сварке они дополнительно пропитываются посредством пека. Свою широкую популярность обрел в металлолитейной отрасли, в ферросплавных печах и электродуговых аппаратах.

электроды ЭГП

• ЭГСП – в данном случае материал состоит из игольчатого кокса и пропитанного пеком каменноугольного пека. Удельное сопротивление выявляется диаметром изделия. Присутствуют такие модели как ЭГСП 1 и ЭГСП 2.

Электроды ЭГСП

На заметку! П – пропитанный (зачастую пропитка осуществляется пеком); С – специальный (имеет дополнительную сферу применения); Г – графитированный; Э – электрод.

Альтернативные способы соединения

Не всегда есть возможность делать сварку токопроводящих жил. Затруднения обусловлены отсутствием инвертора (сварочного аппарата) или недостаточным опытом в выполнении работ этого типа. В этом случае рекомендуется рассмотреть альтернативные варианты соединения проводов.

Методы формирования надежного контакта нескольких жил:

• Скрутка (опрессовка). Отличается от вышеописанного процесса отсутствием сварного соединения. Не рекомендуется делать, так как высока вероятность отсутствия прямого контакта между несколькими проводами, что может привести к резистивному эффекту – нагреву.
• Пайка. В отличие от сварки используется припой и флюс. Они должны заполнить пространство между проводами скрутки. Удобно для соединения жил небольшого сечения.
• Контактные зажимы. Они могут быть винтовыми или с механической фиксацией. Первые применяются для коммутации большого количества проводов. Механическая фиксация рекомендуется для соединения жил большого диаметра для сетей с высоким показателем нагрузки.

Для каждой методики принят индивидуальный порядок выполнения работ. Но в любом случае соблюдаются общепринятые правила безопасности.