Угольный электрод для резки металла

Обновлено: 05.10.2024

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.

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.

Диаметр (мм)Рабочий ток (А)Удаление металла (г/см)Канавка (ширина/глубина)

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.

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.

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.

Угольные электроды

Угольный электрод отличается от других видов таких расходных материалов особенностью своего строения и сферой применения.

Строение угольного электрода

Наиболее частая форма сечения угольных электродов - круглая, с диаметрами от 5 до 25 миллиметров. Длина в зависимости от диаметра находится в диапазоне от 25 до 300 миллиметров. Электроды с самой большой длиной удобно применять при работе в труднодоступных местах. Помимо круглого сечения угольный электрод для сварки может иметь полукруглое, квадратное или прямоугольное сечение. Также имеются электроды с полым сечением, задачей которых является формирование в месте шва канавки, имеющей форму буквы "U".

Электроды с круглым сечением являются универсальными. Расходники полукруглые применяют, когда требуется разрезать заготовки на отдельные части. Квадратные и прямоугольные электроды используются для исправления дефектов.

Материалом для изготовления электродов угольного типа служит достаточно сложная смесь, состоящая в основном из кокса и угля. В нее входят различные добавки, обладающие вязкостью, например, смола, а также для усиления металлический порошок или мелкая стружка.

Технологический процесс изготовления угольных электродов состоит из трех этапов:

формирование смеси;
изготовление электродов;
термическая обработка.

Угольные электроды нельзя путать с графитовыми, отличающимися от них по своему составу. Разновидностью являются электроды угольные омедненные. Омедненный электрод представляет собой стержень, покрытый снаружи напылением из меди.

Все характеристики такого электрода сохраняются, но к ним прибавляется повышенная прочность. Медное покрытие имеет следующие функции:

увеличение скорости процесса;
поддержка стабильности горения дуги;
придание электроду стойкости к внешним воздействиям;
защита мягкого угля от механических повреждений.

Основное отличие угольных электродов от обычных заключается в том, что они не плавятся. Соответственно не требуется их частая замена.

Сфера применения

Угольные электроды находят применение при производстве следующих работ:

Сварка.
Наплавка.
Удаление дефектов на поверхности.
Резка.
Строжка.

Работа с угольными электродами возможна при обработке практически всех видов материалов: сталь, чугун, бронза, цветные металлы. По сравнению с обычными электродами, имеющими металлический стержень, сфера применения является более широкой. Преимуществом является уменьшение времени процесса сварки.

При работе с чугуном и бронзой следует затачивать конец электрода под углом 65 градусов, а при работе с цветными металлами - 30 градусов. Электроды угольные сварочные работают при постоянном токе. Полярность при этом следует устанавливать прямую, чтобы избежать перегревания электрода. В домашних условиях можно использовать угольный электрод, извлеченный из батарейки. Это находит применение при небольших работах с тонкостенными конструкциями.

Наиболее часто угольные электроды применяют при резке воздушно-дуговым способом. Она заключается в том, что расплавленный металл подвергается воздействию потока сжатого воздуха. Электрод при этом зажимают в специальном держателе. При этом процессе происходит большой выброс расплавленного металла, поэтому не следует забывать принимать меры предосторожности и безопасности.

Работа с угольными электродами

Сварочный процесс с применением угольных электродов имеет два варианта:

При первом варианте движение электрода происходит справа налево, а при втором наоборот. В обоих случаях присадка движется вслед за стержнем. Правосторонний способ целесообразно использовать при сварке толстых деталей, а для тонкостенных использовать левосторонний. Диаметр угольных электродов следует выбирать в зависимости от силы тока.

Особым видом работ этими электродами является строжка. Этот процесс является разновидностью резки металлов. При этом деталь не прорезается насквозь, а снимается только его часть. Строжка применяется в тех случаях, когда возникает необходимость удалить дефекты, возникшие внутри шва. Металл при этом снимается не полностью на всю толщину изделия, а только до места, где имеется дефект шва. Также этот способ может применяться для создания канавок.

Металл может удаляться не сразу весь, а отдельными полосами. Строжка позволяет добраться до дефекта, расположенного не на поверхности, в глубине шва. Дуга зажигается между электродом и деталью, металл начинает плавиться, а сжатый воздух выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Методом строжки можно осуществлять зачистку корней швов, удаление старых швов, срезание неровностей и выступов на поверхности металлов, удаление вкраплений и окалины.

Интересное видео

Электроды для резки металла

Имеется много способов для обработки металлов с помощью электродов. Они могут применяться не только для сварки изделий, но и для их разрезания. Электроды для резки металла используются для монтажа и ремонта различных металлоконструкций. Резка электродом может осуществляться дуговой сваркой ручным методом, являющимся эффективным и не требующим особой квалификации сварщика. Эта технология может применяться, как профессионалами, так и любителями. Простота работы служит основанием для частого применения этого метода.

Разновидности

Электроды для резки бывают различных видов. Наиболее часто используются обычные электроды, внутри которых находится металлический стержень, а поверх него обмазка. Покрытие бывает рутиловым или основным. Результатом применения этого вида электродов является ровный разрез в требуемом месте металлоконструкции. Горение дуги является стабильным, окисление металла сведено к минимуму.

Наиболее целесообразно применять металлические электроды для разделывания трещин, а также для удаления с помощью резки поверхностных дефектов. Перед началом работы необходимо проведение прокаливания металлических электродов при высокой температуре.

Резка металла угольным электродом не имеет особых отличий от применения металлических расходников. Однако, этот вид является более подходящим для сварочных работ. Достоинство резки угольным электродом заключается в более медленной скорости плавления, чем при применении металлических расходных элементов. Это способствует получению среза, имеющего аккуратный вид.

Помимо этого при использовании угольных электродов даже небольшая сила тока вызывает быстрый разогрев детали, подлежащей разрезанию. Это приводит к снижению расхода электродов. Работать желательно на постоянном токе с обратной полярностью. Разрезать угольным электродом можно изделия толщиной до ста миллиметров. В отличие от других видов угольные электроды не расплавляются, а постепенно начинают сгорать. Это приводит к уменьшению вырабатывания шлака, и получению более чистого среза.

Трубчатые электроды применяются для кислородно-дугового способа резки металлов. Их отличие заключается в том, что в основе находится не металлический стержень, а трубка, наполненная кислородом. Во время плавления кислород начинает постепенно высвобождаться, способствуя образованию разреза. К недостаткам следует отнести то, что поток кислорода может нарушать стабильность горения дуги.

Вольфрамовые электроды - это электроды для плазменной резки. Резка осуществляется в среде защитного газа. Сила тока должна быть установлена выше, чем при использовании этого вида электродов при сварке. Это позволит получать равномерный разрез по всей толщине изделия.

Принцип работы

Для того, чтобы осуществлять резку металла, используя инвертор, следует правильно подбирать значения тока. Это зависит от вида разреза, толщины металла и выбранного электрода. При разделительной резке металлический лист следует установить в такое положение, чтобы расплавленный металл имел возможность свободно вытекать наружу.

Электроды должны находиться в строго перпендикулярном положении по отношению к поверхности. Если лист расположен вертикально, то движение электрода должно осуществляться сверху вниз. Сами электроды должны быть толще разрезаемого изделия. Разрезать тонкий металл можно электродами диаметром 3 миллиметра. Для более толстых используются электроды 4 и 5 миллиметров.

Для ликвидации поверхностных дефектов следует применять поверхностную резку. В этом случае электрод следует держать под небольшим наклоном, градусов пять-десять. При необходимости сделать канавку электрод надо раскачивать из одной стороны в другую, постепенно погружая его в образуемую полость.

Электродами также можно прорезывать в металле отверстия. Проплавляют отверстия до достижения нужного диаметра. Вначале прожигают небольшое отверстие, а затем постепенно его расширяют. Электрод необходимо держать строго перпендикулярно поверхности, в которой прорезывается отверстие, иначе края могут получиться не совсем ровными. Допускаются только незначительные отклонения от прямого угла. Перед началом процесса необходима проверка исправности применяемого оборудования. Дугу следует разжигать чирканьем или постукиванием.

Особенности

Резка металла электродом допустима в тех случаях, когда к результату не предъявляются особо серьезные требования. Однако, обладая некоторыми знаниями и опытом можно добиться неплохих результатов. К преимуществам относятся простота сварочного процесса, не требующая особых профессиональных навыков, а также безопасность этого метода для сварщика.

Интересное видео

Особенности сварки угольными электродами

Сварка угольным электродом используется достаточно редко в отличие от аналоговых технологий со стальным стержнем. Но иногда этот метод является незаменимым и необходимым. Тем более при помощи него можно производить многие важные манипуляции - сварку, резку, плавку.

Кроме этого он позволяет проводить обработку всех видов металлов, начиная от тугоплавких и тяжелых, заканчивая легкими и пористыми. И это еще не все важные особенности этого вида сварки.

Виды угольных электродов

При проведении сварки угольным электродом в домашних условиях и на производствах могут применяться разные виды расходного материала, которые могут отличаться по форме сечения.

Наиболее оптимальными и востребованными являются следующие виды угольных электродов:

Круглые. Они могут использоваться в неограниченном режиме. Диаметр электродов составляет от 3,2 до 19 мм.
Круглые бесконечные. Название наконечники получили благодаря небольшому расходу, они являются самыми экономичными. Размер диаметра может быть от 8 до 25 мм. Для проведения сварочного процесса данными электродами используется специальная машинка.
Плоские. Сечение у стержней этого вида имеет прямоугольную форму иногда квадратную. Размер составляет от 8 до 25 мм. В основном они используются для заделки внешних дефектов на поверхности отливов из стали.
Полукруглые. Они имеют размер сечения от 10 до 19 мм. Они являются популярными угольными стержнями, которые используются для сварки и резки металлических элементов. Во время сварочного процесса они способствуют формированию правильного и ровного шва.
Полые. Они позволяют сформировать U-образную канавку. Диаметр составляет от 5 до 13 мм.

Особенности процесса

Проведение сварки угольным электродом и инвертором позволяет получить прочное сварное соединение без дефектов и неровностей. При этом данная технология позволяет работать с разными видами металла.

Электроды, которые выполнены из угля, отличаются от металлических стержней тем, что они относятся к тугоплавким. Из этого следует, что во время сварочного процесса они выполняют роль проводника электричества, но при этом они становятся частью сварочной ванны.

Во время работы угольные стержни разогреваются до очень высоких температурных показателей. А если продолжить нагревание, то они сразу из расплавленного состояния перейдут в состояние кипения.

При проведении сварочного процесса рекомендуется применять постоянный электрический ток с прямой полярностью. В этом случае минус (катод) должен быть на электроде, а плюс (анод) на металлической поверхности изделия.

Во время сварки угольными стержнями сварщику обязательно требуется использовать присадочные элементы. Процесс сваривание может выполняться двумя способами:

Слева направо (присадочные компоненты находятся сзади электродов);
Справа налево (впереди идут присадочные компоненты).

Стоит отметить! Во время проведения сварочного процесса дома можно использовать самодельный аппарат для сварки и пайки угольными электродами. В связи с тем, что угодные стержни имеют небольшую теплопроводность, можно будет создавать дугу при силе тока всего 3-5 Ампер.

Строжка угольным электродом

Строжка угольным электродом - это метод резки металла, во время которого используется сжатый воздух. Электрическая дуга производит расплавление металла, а струя сжатого воздуха, направленная на область сварки, производит его выдувание.

Воздушно-дуговая строжка угольным электродом или строжка может использоваться для резки любых видов металлов. Но в основном этот технологический процесс применяют для разрезания нержавейки, чугуна, никеля, алюминия меди.

Проведение сварочных работ с использованием угодных стержней используется только в исключительных случаях, когда требуется сделать прочный и ровный сварной шов. Данная технология обладает многими важными особенностями, которые обязательно нужно соблюдать при ее проведении. Но особую важность представляет подбор угольных стержней, при помощи которых производится сварка.

Интересное видео

Отличительные особенности угольных электродов, нюансы применения, плюсы и минусы

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

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.

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.

Продукт этого процесса - угольный электрод с тонким медным слоем.

Разновидности

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

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).

Если сечение больше диаметра стержня, то шов проварится плохо, если меньше – шов можно пережечь.

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.

Читайте также: