Строение электрода для сварки

Обновлено: 17.05.2024

Чтобы создать условия для стабильного горения дуги, а также придать сварному шву требуемые свойства, используется специальное покрытие сварочных электродов, представляющее собой порошкообразный материал, которым покрывается изделие. От качества такого покрытия напрямую зависят эффективность выполняемой сварки и прочность свариваемых конструкций.

Покрытые сварочные электроды

Свойства компонентов покрытия электрода

Для того чтобы шов вышел хорошего качества, нужны специальные компоненты. Итак, выполняя сварочные работы, в зоне сварки нужно обеспечить создание самых подходящих условий для быстрого и надежного соединения металлических поверхностей. Перечислим основные задачи, которые выполняют электроды со спецпокрытием.

Стабилизация разряда дуги

Чтобы сварная дуга имела максимальную стабильность, электроды покрываются специальными веществами, которые имеют низкую величину потенциала ионизации. Это приводит к тому, что при выполнении сварочных работ дуга насыщается свободными ионами, стабилизирующими процесс горения. Сегодня покрытие электродов может включать в себя такие компоненты, как поташ, натриевое или калиевое жидкое стекло, мел, титановый концентрат, барий углекислый и прочее. Данные покрытия носят название ионизирующих.

Защита области сварки от атмосферных газов

Компоненты, входящие в состав покрытия электрода, способствуют созданию защитного облака, состоящего из диоксида углерода и монооксида углерода, а также участвуют в образовании шлакового слоя, образующегося на сварном шве и укрывающим сварочную ванну от газов, содержащихся в окружающем воздухе. К образующим газ компонентам относятся декстрин, целлюлоза, крахмал, пищевая мука и другие. А шлак образуют каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, титановый концентрат и прочее.

Компоненты покрытия электрода и их свойства

Помимо защиты шва от содержащихся в воздухе газов шлак способствует снижению скорости охлаждения металла и его последующей кристаллизации, что в свою очередь благоприятно сказывается на выходе из свариваемого металла газов и ненужных примесей.

Легирование металла шва

Легирование способствует улучшению ряда свойств сварного шва. Основные металлы, которые способствуют легированию, – это титан, марганец, кремний и хром.

Раскисление расплава

Во время сварки очень важно удалить кислород из металла, для чего используются специальные раскислители – это вещества, вступающие в реакцию с кислородом эффективнее железа, и связывающие его. Это титан, молибден, алюминий или хром, добавляемые как ферросплавы в состав покрытия электрода.

Связывание всех составных элементов воедино

Покрытые электроды нуждаются в крепкой связи покрытия со стержнем, а также всех составляющих элементов покрытия между собой. При этом главным связующим компонентом является силикат натрия или жидкое калиевое стекло. Стоит напомнить, что жидкое стекло (по сути силикатный клей) еще и отлично стабилизирует сварочную дугу, что делает его незаменимым компонентом электродов всех видов.

Особенности покрытий

Состав и толщина используемых покрытий оказывает непосредственное влияние на такие показатели как стабильность электродуги, вязкость расплавленного металла, а также шлака, особенности поведения металла при переходе в сварочную ванну и прочее.

Химический состав покрытия

Выделяют следующие виды покрытий в зависимости от входящих в его состав компонентов.

Рутиловые

В их основе – минерал рутил, который составляет основную часть покрытия, остальные компоненты — это кремнезем, карбонат магния или кальция, ферромарганец. Электроды с рутиловым покрытием отличаются тем, что переход металла в сварочную ванну происходит с минимальным разбрызгиванием. Шов получается ровным, характеризуется легким отделением окалины, что способствует высокому качеству выполняемой работы. Рутиловые электроды также обеспечивают повторное легкое зажигание дуги, делая процесс сваривания более быстрым. Также к достоинствам такого покрытия относится то, что оно безопаснее для здоровья сварщика.

Рутиловые электроды бывают не только чистого типа, но еще и смешанного: рутилово-основные, рутилово-целлюлозные, рутилово-кислые. Вся совокупность электродов с рутиловыми покрытиями позволяет работать практически с любыми видами швов.

Схема сварки покрытым электродом

Основная особенность покрытий этого вида – создание в процессе сваривания большого объема газов и небольшого процента шлаков, что весьма удобно при варке вертикальных швов. Электроды с целлюлозным покрытием могут включать в свой состав органические смолы, тальк, собственно целлюлозу и разные ферросплавы. Единственным недостатком такого покрытия является низкая пластичность металла шва, которая вызвана большим объемом водорода, выделяющимся при сгорании органики, а также повышенная разбрызгиваемость металла.

Основные

В состав таких электродов входят карбонаты магния и кальция, в качестве которых чаще всего выступают мрамор, доломит и магнезит. Лучше всего сварочные работы на таких электродах выполнять при постоянном токе, поскольку при переменном добавляемый в такие электроды (для разбавления шлака) плавиковый шпат может ухудшать качество шва. Но при небольшом количестве плавикового шпата в составе покрытия вполне допускается работать с переменным током.

Электроды с основным покрытием используют при сваривании ответственных стальных конструкций, так как металл получаемого шва обладает высокой пластичностью. К особенностям при работе с такими электродами можно отнести тот факт, что швы получаются довольно грубыми и выпуклыми. Хранить их необходимо в сухом месте, потому что электроды такого типа отличаются высокой гигроскопичностью.

С железным порошком

Внедрение в состав покрытия железного порошка значительно увеличивает производительность труда. Проплавляющая способность дуги увеличивается, что положительно сказывается на качестве сварки соединений с повышенными или неравномерными зазорами, а также облегчает повторное зажигание дуги.

Кислые покрытия

Эти электроды покрываются оксидами железа и марганца, которые выделяют в сварочную дугу значительный объем кислорода. Это уменьшает поверхностное натяжение, придавая металлу большую тягучесть, повышая тем самым ее температуру и делая расплавленный металл более текучим. Что благоприятно сказывается на скорости работы, но повышает опасность подрезов.

Также марганец образует опасные оксиды, которые отрицательно влияют на здоровье сварщика, поэтому в последнее время такие покрытия заменили на рутилово-кислые.

При выборе сварочных электродов следует обязательно учитывать состав их покрытия, вид которого указан в маркировке.

Схема сварочного электрода

Толщина покрытия электродов

ГОСТ 9466-75 регламентирует разделение электродов на несколько типов по толщине, отталкиваясь от соотношения внешнего диаметра электрода D к диаметру стержня d.

Маркировка электродов

Виды и марки электродов насчитывают десятки модификаций, поэтому для успешного ориентирования в их разновидностях была введена универсальная маркировка. Разумеется, по маркировке электрода всегда можно понять, какое покрытие он несет. Основные параметры в данном случае – это толщина и тип покрытия. Помимо этого в маркировке упоминается допустимое пространственное положение сварочного шва, а также род тока.

Пример расшифровки маркировки покрытого электрода

Для примера рассмотрим электрод Э46.

1 – указывает на толщину покрытия (Д – это толстое);
2 – означает тип покрытия (Р – это рутиловое);
3 — говорит о допустимом положении шва (1 – подходит для всех положений);
4 – это род тока (1 – означает переменный и постоянный любой полярности).

Влияние влажности на электроды

Содержащаяся во влажных электродах вода (а именно входящий в ее состав водород) крайне негативно влияет на качество сварных соединений, способствуя образованию трещин и ухудшая стабильность дуги. Чтобы удалить лишнюю влагу перед началом работы рекомендует прокалить электроды, что значительно повышает устойчивость электродуги и благоприятно сказывается на качестве швов. Для сварки особо важных конструкций необходимо использовать электроды с пониженным содержанием водорода.

Маркировка сварочных электродов

Производство покрытий для электродов

При производстве сварочных электродов необходимо не только точно соблюсти количественное содержание всех необходимых компонентов, но и обеспечить их равномерное распределение по всей длине покрытия. Для этого применяется точное оборудование, которое качественно измельчает используемые вещества, просеивает через систему сит, формирует обмазочный состав в нужной консистенции и наносит его на стержень.

После смешивания сухих компонентов к ним добавляют жидкое стекло, которое выступает в качестве связующего элемента, способствующего эффективному превращению сырья в единую массу. Получаемая в итоге паста наносится на электроды методом опрессовки, после чего они поступают в специальные камеры на просушку и дальше – на прокалку.

Грамотный выбор электродов для сварки поможет даже не самому опытному сварщику обеспечить должное качество сварочных работ, а также сэкономит время и средства.

Выбираем электроды для сварки инвертором — советы профессионалов

Для того чтобы электросварка с использованием инвертора дала желаемый результат, и полученный сварной шов обладал высокой надежностью и прочностью, необходимо правильно подбирать электроды для инверторной сварки. Запутаться в огромном разнообразии подобных изделий, представленных на современном рынке, очень просто.

Ошибки при выборе электродов для сварки негативно скажутся на результате работы

Различаются они материалом изготовления, своим типом, диаметром, составом покрытия, а также рядом других значимых характеристик. Какие электроды можно использовать для сварки инвертором, а также о том, как их правильно выбрать, мы и хотим поговорить в данной статье.

Критерии выбора электродов

В первую очередь следует иметь в виду, что электроды могут быть плавящегося и неплавящегося типа. Первые изготовлены из металлического стержня, на поверхность которого наносится специальная обмазка, способствующая защите зоны сварки и повышающая устойчивость горения дуги. Именно они используются для выполнения ручной дуговой сварки. Изделия второй категории — неплавящиеся — применяют для выполнения сварочных работ в среде защитного газа (аргона), их разновидности и особенности использования будут рассмотрены в отдельной статье.

Выбирая электроды для сварки с использованием инвертора, следует учитывать то, что материал изготовления соединяемых деталей также будет оказывать влияние на качественные характеристики формируемого шва. Соответственно, для того чтобы варить разные материалы, используются сварочные электроды разных типов. Так, к примеру:

для соединения изделий, выполненных из низкоуглеродистых и низколегированных марок сталей, выбирают углеродные электроды;
для соединения изделий, выполненных из легированных сталей, используют электроды соответствующих марок: ОЗС-4, МР-3 (ГОСТ 9466-75), МР-3, АНО-21, УОНИ 13/45 (ГОСТ 9467-75);
если необходимо выполнять сварочные работы с наплавками или сталями других типов, то выбирают электроды с сердечником из высоколегированного металла — ЦЛ-11 (ГОСТ 9466-75);
для того чтобы варить чугун, тоже необходимо выбрать электроды соответствующей марки — ОЗЧ-2 (ГОСТ 9466-75).

Общий вид электродов МР-3

На сегодняшний день сформировался следующий рейтинг электродов, применяемых для сварки с использованием инвертора.

АНО. Сварочные электроды данной марки хорошо воспламеняются, их не надо дополнительно прокаливать. С ними одинаково успешно могут работать как начинающие сварщики, так и профессионалы.
МР-3 — универсального типа, их можно использовать даже для соединения неочищенных поверхностей.
МР-3С. Электроды данной марки следует выбрать, если к характеристикам шва предъявляются повышенные требования.
УОНИ 13/55 используют для монтажа ответственных конструкций, требующих высокого качества исполнения сварного шва. Начинающему сварщику с ними работать будет сложно: их использование требует определенного опыта и высокой квалификации.

Электроды УОНИ 13/55

Преимущества популярных марок электродов

Многие современные виды электродов для сварки с использованием инвертора обладают следующими преимуществами.

Простота выполнения сварки. Сложности при сварке такими электродами могут возникнуть, если вы некорректно подобрали их по составу материала сердечника.
Высокое качество шва. Данный параметр является самым важным при сварочных работах, и электроды указанных марок позволяют его обеспечить. Используя такие электроды для инвертора, можно получать качественные внутренние и наружные соединения, сварные швы выпуклой и вогнутой формы.
Легкая отделяемость шлака. Шлак, полученный при сварке с использованием таких электродов, легко отделяется, что дает возможность сразу посмотреть, какое качество шва они обеспечивают.
Можно варить детали, подвергнутые коррозии. Конечно, изделия, покрытые слоем ржавчины, варят очень нечасто, но данные электроды позволяют получить качественный и надежный шов даже в этом случае.
Процесс сварки безопасен для сварщика с точки зрения санитарно-гигиенических норм.

Электроды марки АНО известного производителя ESAB

Различия электродов по маркам и диаметру

Среди опытных специалистов-сварщиков бытует мнение, что при использовании инвертора можно варить любыми электродами. Как правило, такое мнение основано лишь на личном опыте таких специалистов, занимающихся выполнением работ определенного типа (сварка конструкций из профильных труб или уголков). При выполнении работ с использованием инвертора к соединению не предъявляют серьезных требований по его герметичности, поэтому без проблем можно использовать электроды диаметром 0,5–2 мм.

Выбор диаметра и марки электрода должен основываться на том, какой толщины металл необходимо соединить с их помощью. Детали большой толщины требуют длительной проварки, соответственно, и электрод для их сварки необходимо подобрать большего диаметра. Сварочными электродами небольшого диаметра надо еще научиться работать, они очень быстро сгорают. Обычно такими изделиями выполняются прихватки.

На то, какие электроды лучше выбрать, оказывает влияние и тип работ, для которых их планируется использовать. Так, для выполнения сложных трассовых работ, необходимо подобрать электроды большого диаметра, а монтаж конструкций из профильных элементов можно выполнять изделиями диаметром до 2 мм. Именно такие электроды используются, в частности, при монтаже секционных ворот и изготовлении различных ограждающих конструкций из профильных труб и профнастила.

Классификация сварочных электродов

В первую очередь сварочные электроды разделяют на отдельные типы по их основному назначению. Так, принято выделять следующие типы:

те, которыми варят углеродистые и низколегированные стали;
для соединения конструкций из высокопрочных теплоустойчивых сталей;
для работы с высоколегированными сталями (их часто называют «электродами по нержавейке»);
те, с помощью которых выполняют сварку алюминия, а также его сплавов;
предназначенные для сварки меди и ее сплавов;
для соединения деталей из чугуна;
те, с помощью которых производят наплавку и выполняют различные ремонтные работы;
предназначенные для соединения деталей из сталей неопределенного состава и трудносвариваемых сталей.

Схема процесса сварки покрытым электродом

На сварочные электроды могут наноситься различные покрытия. В соответствии с типом покрытия, их подразделяют на 4 категории. Самыми распространенными являются электроды с покрытиями двух типов.

Изделия с основным покрытием, которые так и называются — основными. Наиболее популярными являются изделия УОНИ 13/55. Выбрать их стоит, если необходимо получить сварные швы, соответствующие высокому качеству, отличающиеся исключительной ударной вязкостью, пластичностью и механической прочностью. Кроме этого, сварные швы, полученные при работе с такими электродами, отличаются высокой устойчивостью к возникновению кристаллизационных трещин. Также они не склонны к естественному старению. Их выбор стоит делать, если вам необходимо выполнить монтаж ответственных конструкций, которые планируется эксплуатировать в суровых условиях.

Сварочный аппарат WESTER IWT120 инверторный.

Есть у них и недостаток: если их покрытие увлажнено или на краях деталей, которые соединяются, присутствует ржавчина, следы масла или окалина, то в сварном шве формируются поры. Поры в шве могут образоваться и тогда, когда сварка выполняется на длинной дуге. Минусом использования таких электродов является и то, что ими допускается работать только на постоянном токе и обратной полярности.

Второй тип — электроды с покрытием рутилового типа. Изделия с таким покрытием, наиболее популярной маркой которых является МР-3, успешно используются для соединения деталей, материалом изготовления которых является низкоуглеродистая сталь. Сварочные электроды данной марки отличаются следующими технологическими преимуществами:

устойчивое горение дуги при работе как на постоянном, так и на переменном токе;
минимальное разбрызгивание материала в процессе выполнения сварки инвертором;
возможность получать качественные сварные швы любого пространственного положения;
легкая отделяемость шлака;
сварные швы отличаются прекрасными декоративными характеристиками;
подходят для сваривания поверхностей, покрытых ржавчиной или загрязнениями.

Выбор изделий в соответствии с другими параметрами

Род тока, а также полярность его подключения являются важнейшими параметрами сварочных операций. Сварочные инверторы преимущественно вырабатывают постоянный ток, который может подключаться к заготовке и электроду по двум схемам.

Прямая полярность. При такой схеме плюс подключают к массе, а минус — к сварочному электроду.
Обратная полярность. Такая схема предполагает подключение минуса к массе, а плюса, соответственно, к держателю с электродом.

Если варить инвертором на прямой полярности, то соединяемые поверхности подвергаются значительному нагреву, чего не происходит при подключении полярности по обратной схеме. Именно поэтому выбор обратной полярности целесообразен в следующих ситуациях.

При выполнении сварки инвертором деталей небольшой толщины. Обратная полярность в таких случаях поможет защитить матриал от прожога.
На обратной полярности выполняется сварка деталей, выполненных из высоколегированных сталей, которые очень чувствительны к перегреву.

Работа инверторной сваркой

Прямую полярность, при использовании которой заготовка подвергается значительному нагреву, оптимально использовать для соединения материалов, отличающихся большой толщиной и массивностью.

При выполнении любых сварочных работ с использованием инвертора наиболее значимыми являются три параметра, которые взаимосвязаны друг с другом:

сила сварочного тока;
диаметр электрода;
толщина соединяемых деталей.

На выбор электродов толщина соединяемых деталей оказывает непосредственное влияние. При необходимости соединения тонких деталей (до 1,5 мм), ручная сварка не используется, для этой цели лучше подойдут полуавтоматические аппараты или же устройства, позволяющие выполнять сварку в защитной среде аргона.

Варианты положения электрода при сварке

Решая, какие электроды выбрать для сварки конструкций определенной толщины, можно руководствоваться следующими критериями:

для деталей, толщина которых составляет 2 мм, лучше всего подойдут электроды Ø 2,5 мм;
при соединении деталей толщиной 3 мм, следует выбирать электроды Ø 2,5–3 мм;
если толщина свариваемых деталей составляет 4–5 мм, то подойдут электроды Ø 3,2–4 мм;
детали толщиной 6–12 мм лучше всего варить электродами Ø 4–5 мм;
когда толщина превышает 13 мм, то оптимальным будет выбор электродов Ø 5 мм.

Правильно выбирать диаметр электродов очень важно, так как при превышении этого параметра снижается плотность сварочного тока. Это приведет к тому, что сварочная дуга станет неустойчивой, ухудшится провар деталей, увеличится ширина сварного шва. Многие производители указывают на упаковке информацию о том, какие значения силы тока лучше всего использовать.

Если же такой информации на упаковке не содержится, то можно руководствоваться следующими рекомендациями:

для сварки электродами Ø 2 мм следует устанавливать сварочный ток, сила которого составляет 55–65А;
для изделий Ø 2,5 мм используют ток 65–80А;
электроды Ø 3 мм — ток 70–130А;
для электродов Ø 4 мм выбирают сварочный ток 130–160 А;
изделия Ø 5 мм — ток 180–210 А;
6-ми миллиметровыми электродами лучше варить на токе 210–240 А.

Как становится понятно из всего вышесказанного, для качественной сварки инвертором важен правильный выбор электродов по их диаметру. Также следует устанавливать оптимальную силу сварочного тока. Если, к примеру, вы соберетесь варить инвертором тонкий металл, используя электроды большого диаметра, или сила сварочного тока будет превышать допустимые значения, то в готовом шве могут образоваться поры, что значительно снизит его качественные характеристики.

Электроды зарубежных производителей

На отечественном рынке большую популярность завоевали электроды торговой марки ESAB. Характерной особенностью электродов от шведского производителя является то, что их маркировка начинается с обозначения «ОК», за ним следуют 4 цифры. Среди большого разнообразия моделей электродов данной торговой марки наибольшее распространение получили следующие из них.

ОК 46.00. По характеристикам они очень похожи на отечественные изделия МР-3. Ими с применением инвертора можно варить углеродистые, низколегированные стали, используя постоянный, а также переменный ток. При их использовании обеспечивается высокое качество получаемого соединения.
ОК 48.00. Работать ими можно исключительно на постоянном токе, их используют для монтажа особо ответственных конструкций.
ОК 53.70. Относятся к специализированному типу, с их помощью выполняют сварку корневых проходов, соединения стыков труб.
ОК 61.30 и 63.20. Их используют для сварки инвертором деталей из нержавеющей стали, но перед их приобретением важно уточнить, подойдут ли они для работы с интересующей вас маркой металла.
ОК 68.81. При помощи изделий данной марки выполняют сварку инвертором деталей из неопределенных марок сталей, а также из трудносвариваемых марок.
ОК 96.20. Ими работают по чугуну, а также соединяют чугунные детали со стальными.
ОК 92.60. Предназначены для сварки изделий из алюминия, его сплавов с использованием инвертора.

К слову сказать, в ассортименте электродов данной торговой марки есть и изделия, которыми можно выполнять сварку меди и ее сплавов.

Виды сварочной дуги при сварке электродами

Чем руководствоваться при выборе электродов

Резюмируя все вышесказанное, можно выделить ряд основных параметров, на основе которых следует выбирать электроды для инверторной сварки. В первую очередь необходимо учитывать тип материалов, которые вы собираетесь варить. Если требуется монтаж ответственной конструкции, то лучше выбрать для этого электроды от хорошо зарекомендовавшего себя производителя. К примеру, для таких целей хорошо подойдут изделия торговой марки ESAB, выпускаемые известным шведским производителем.

Если поверхность деталей из углеродистых сталей, которые вы собираетесь варить инвертором, покрыта ржавчиной или влажная, то лучше выбирать электроды с покрытием рутилового типа.

Изделия с основным покрытием используют в тех случаях, если необходимо выполнить сварку инвертором особо ответственных конструкций. Качество сварки такими электродами зависит и от того, насколько тщательно вы подготовили соединяемые поверхности. Чтобы понять, как выполняется такая подготовка, можно посмотреть обучающее видео, которое несложно найти в интернете.

От того, какой толщины детали вам необходимо варить инвертором, зависит не только выбор диаметра электрода, но и силы сварочного тока, который также оказывает влияние на качество формируемого соединения.

При планировании сварочных работ всегда следует помнить, что правильно подобранные электроды позволят вам получить качественное соединение даже в том случае, если вы используете в работе недорогой инвертор.

Электродуговая сварка – виды, методы, технология

Сварка, для выполнения которой применяется зажженная электрическая дуга, является наиболее распространенным способом соединения металлов. Электродуговая сварка, отличающаяся исключительной универсальностью, сегодня успешно применяется практически повсеместно.

Процесс электродуговой сварки

Что собой представляет метод электродуговой сварки

Электродуговую сварку выполняют с обязательным использованием источника большого тока, который при этом отличается невысоким напряжением. Такое напряжение одновременно подается как на сварочный электрод (один контакт), так и на свариваемую заготовку (второй контакт). В результате взаимодействия заготовки и электрода между ними образуется электрическая дуга, именно за счет нее и происходит плавление кромок соединяемых деталей. Использование такой дуги, которая и необходима для преобразования энергии электрического тока в тепловую, позволяет получать в зоне электродуговой сварки температуру порядка 5000 градусов, которой вполне достаточно для того, чтобы расплавить любые из известных человечеству металлов.

Технология электродуговой сварки предполагает одновременное плавление металла электрода и соединяемых деталей, за счет которых и формируется так называемая сварочная ванна. Именно в данной ванне и протекают все процессы, характерные для сварки: металл электрода взаимодействует с металлом соединяемых деталей, образуется шлак, который поднимается на поверхность расплавленной сварочной ванны и формирует защитную пленку.

Электродуговая сварка может выполняться электродами двух типов:

не плавящимися в процессе получения сварного соединения;
плавящимися.

Электроды для ручной дуговой сварки

Когда для электродуговой сварки используется неплавящийся электрод, для формирования сварного шва применяют специальную присадочную проволоку, вводимую в зону действия электрической дуги. При использовании электродов плавящегося типа, которые сами и формируют сварочный шов, в присадочной проволоке нет необходимости.

Чтобы электродуговая сварка проходила с высокой устойчивостью и дуга не гасла, в состав плавящихся электродов добавляют специальные присадки. Это может быть натрий, калий или другие элементы, отличающиеся хорошей степенью ионизации. Для защиты сварного шва от окисления могут использоваться различные газы:

аргон;
углекислый газ;
гелий.

Для выполнения электродуговой сварки с использованием таких газов необходимо использовать сварочные аппараты, в конструкции которых предусмотрены специальные головки. Через последние и подается защитный газ.

Для выполнения сварки с формированием электрической дуги использоваться может как постоянный, так и переменный ток. В большинстве случаев применение постоянного тока является более предпочтительным, так как это дает возможность минимизировать степень разбрызгивания расплавленного металла.

Характеристики электрической дуги

Электрическая дуга, которая формируется при помощи сварочного аппарата, – это, по сути, электрический разряд, протекающий в среде газов. Электрический ток, который перемещается в ней, получает такую возможность благодаря наличию в ней электрического поля. Такую дугу в целях упорядочения терминологии принято называть сварочной.

Сварочная дуга, которая является основным элементом формируемой электрической цепи, характеризуется снижением напряжения. Если сварочный электрод подсоединяется к плюсовому контакту сварочного аппарата, его называют анодом, если к минусовому — катодом. При выполнении электродуговой сварки с использованием переменного тока катоды и аноды попеременно меняются местами.

Важнейшим параметром сварочной дуги является расстояние между взаимодействующими электродами. Такой промежуток, по которому и протекает электрический ток, называется дуговым. Протекание электрического тока по такому промежутку возможно только в том случае, если в нем присутствуют заряженные частицы — электроны и ионы. Изначально, естественно, таких частиц в данном промежутке не существует. Чтобы они появились, необходимо, чтобы был запущен процесс ионизации.

Структура дуговой сварки

Ионизация дугового промежутка происходит следующим образом: с поверхности катода начинают испускаться электроны, которые и заряжают пары и газы, образующиеся над сварочной ванной. Сварочная дуга бывает:

сжатого типа (ее сечение можно изменять при помощи сопла сварочного аппарата, величины электромагнитного поля, параметров газового потока);
свободной (ее еще называют дугой прямого действия — параметры дуги данного типа не регулируются, они неизменны).

Виды и методы электродуговой сварки

Сегодня успешно используется несколько методов электродуговой сварки, выбор которых зависит от металлов, из которых сделаны соединяемые детали. Наиболее распространенным методом, используемым для соединения изделий как из черных, так и из цветных металлов, является ручная электродуговая сварка, при которой обязательно обеспечивают защиту сварочной зоны.

Сварка по данному методу выполняется следующим образом. Конец электрода, который подсоединен к электродержателю, начинает нагреваться, когда им прикасаются к соединяемым деталям. Именно в этот момент замыкается электрическая цепь. После того как конец электрода нагрелся, его аккуратно отводят от поверхности деталей на расстояние порядка 5 мм. Протекание электрического тока после такого отвода осуществляется уже через тело зажженной дуги.

Дуговая сварка трубы плавящимся электродом

Чтобы повысить устойчивость дуги, защитить как дугу, так и зону расплавленного металла от негативных внешних факторов, внести в металл шва специальные раскислители, делающие его более чистым, используют специальную обмазку, наносимую на металлический электродный стержень.

Практически по такой же схеме выполняют электродуговую сварку под слоем защитного флюса, для чего применяются специальные сварочные аппараты, преимущественно автоматического типа. Роль электрода при таком методе выполняет сварочная проволока, которая автоматически подается из специальной бобины. При использовании такой технологии можно с высокой скоростью сваривать изделия большой толщины. Конечно, эти изделия необходимо тщательно подготовить к процессу сварки, на что требуется затратить немало времени и усилий.

Большое распространение получила электродуговая сварка, которая выполняется неплавящимся электродом, изготовленным из вольфрама. Делают такую сварку в среде защитных газов, которые подаются через сопло сварочного аппарата. Здесь используются углекислый газ, гелий или аргон. Данную технологию применяют, чтобы соединить детали, изготовленные из нержавеющей стали, никеля или алюминиевых сплавов.

Инверторный сварочный аппарат для электродуговой сварки

Для электродуговой сварки с применением защитных газов может также использоваться и плавящаяся электродная проволока. В зону сварки такая проволока подается из специальной бухты. Защитный газ подается через то же самое сопло, через которое поступает и сварочная проволока. Большим преимуществом данной технологии (которая относится к категории газоэлектрической) является возможность регулировки параметров сварочной дуги за счет незначительного изменения состава защитной газовой смеси.

С помощью этой газоэлектрической технологии можно соединять металлы, отличающиеся высокой химической активностью (медь, нержавеющая сталь, магний и др). Следует отметить несколько наиболее значимых преимуществ данной технологии:

возможность легко выполнять электродуговую сварку деталей, находящихся в различном пространственном положении;
хороший обзор зоны сварки;
возможность выполнять электродуговую сварку с высокой скоростью;
высокая чистота сварочных швов;
возможность сваривать как очень толстые, так и очень тонкие детали.

Электродуговую сварку можно выполнять при помощи электрода, который имеет трубчатое сечение. Материалами для изготовления таких электродов служат порошковая проволока и смесь флюсов, которые формируют защитный слой сварочной ванны. Присадочным материалом при электродуговой сварке по данной технологии служит сам электрод.

Из чего состоит сварочный электрод

Сварочные электроды являются основным расходным материалом, который используется для сварки. Существует масса разновидностей этих изделий, которые насчитывают более двухсот штук. Они отличаются по следующим параметрам:

Материалу, из которого изготавливается стержень;
Покрытию, которое обволакивает стержень;
Толщине;
Длине;
Сфере применения.

Материал, из этого состоит изделие, служит для образования шва. Но он состоит не только из одного вида металла, поэтому, перед выбором нужно определиться из чего состоит электрод, чтобы знать, на что обращать внимание. От правильности выбора зависит успех сваривания, примерно на столько же, насколько и от мастерства сварщика.

Принцип работы электрода

Принцип работы электрода заключается в следующем. Его помещают одним концом в электрододержатель, который является одним из контактов сети, которая идет от трансформатора. Второй контакт цепи закрепляется на свариваемой детали или сварочном столе, который также является токопроводящим. Когда электрод соприкасается с деталью, то цепь замыкается. Сварщик поддерживает его в слегка приподнятом от поверхности состоянии, чтобы замыкание было не полным, иначе электрод залипает и трансформатор может сгореть. Поэтому, создаются условия, чтобы образовывалась электрическая дуга. На качество работы влияет и материал из чего сделаны электроды для сварки, так как от этого зависит надежность эксплуатации шва.

В большинстве случаев электрическая дуга является негативным явлением, но при сварке помогает расплавлять металл, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Расплавленный металл будет заделывать трещины, сваривать две детали и прочие сварочные процедуры. Практически каждый электрод имеет защитное покрытие, которое придает ему некоторые дополнительные свойства, в зависимости от состава, а также защищает сварочную ванну от постороннего воздействия и попадания лишних предметов, не говоря уже об улучшении свойств плавления.

Конструктивные особенности различных типов

Электроды различаются по типу своего применения, так как от этого зависят все их характеристики. От этого же зависит и из чего делают электроды для сварки, так как его материал должен полностью совпадать с материалом заготовки. Встречаются модели из:

Алюминия;
Чугуна;
Стали различных сортов, в том числе и нержавеющей;
Вольфрама, которые относятся к неплавящимся;
Медные.

Применение электродов для различных материалов

В чистом виде металл очень редко используется и практически в каждом случае состав электрода для сварки может иметь свои легирующие примеси, создающие нужные свойства электрода. На конструкцию это мало чем влияет, помимо длинны и толщины, что уже больше зависит от того, где их будут применять.

Характеристики элементов электрода

Устройство электрода для сварки является предельно простым, так как он состоит из таких элементов как:

Стержень;
Покрытие;
Контактные торец, не имеющий покрытия.

Устройство сварочного электрода

Разобравшись, из чего состоит сварочный электрод, можно более подробно рассмотреть характеристики, ведь у каждого из этих элементов имеются свои особенности, которые влияют на сферу его применения и качество сварки.

Стержень является тем элементом, из которого получается сварочный шов, так как именно он расплавляется от дуги и заполняет ванну. Толщина стержня влияет на глубину, на которую будет залегать шов, а соответственно и на величину ванны. Длина электрода помогает более длительное время вести шов непрерывно, что оказывается очень важным для ответственных объектов, так как каждое прерывание ухудшает общее качество. Материал стержня может считаться основной характеристикой, так как он должен соответствовать тому, что именно будет свариваться.

Покрытие служит для поддержания стабильного горения дуги. Встречаются такие типы как:

С кислым покрытием – куда входит оксид железа, кремния и марганца. Металл на шве в данном случае имеет предрасположенность к образованию трещин в горячем состоянии, но в них не образуются поры, даже если на поверхности имеется ржавчина.
С рутиловым покрытием – в основу которых входит диоксид титана, или как его еще называют, рутиловый концентрат. Вероятность образования трещин здесь еще выше, чем у варианта с кислым покрытием, но итоговый результат шва относится к спокойным сталям. Во время сварки металл практически не разбрызгивается и нет проблем от ржавчины на поверхности.
С ильменитовым покрытием – имеют свойства средние, между кислым и рутиловым.
С основным покрытием – куда входят фтористые соединения и карбонаты. После остывания металл шва получается весьма пластичным и вязкий при механических ударах. У него высокая стойкость при образовании трещин, но при наличии ржавчины на поверхности получается высокая вероятность образования пор.
С целлюлозным покрытием – в этом случае в его составе будет около 50% органических составляющих. Это приводит к повышенному содержанию водорода. Для данного типа характерно образование ровного и плотного валика, что облегчает создание вертикальных швов.

Виды покрытий электродов для сварки

Выбор электрода для сварки

Выбор электрода является ответственным делом, так как здесь нужно учесть:

Производство сварочных электродов

Современные технологически оснащенные линии позволяют быстро и эффективно организовать производство сварочных электродов как для отдельного направления, так и на базе уже работающего предприятия другой направленности. Сегодня существует стабильный спрос на сварочные электроды благодаря таким структурам как строительство, горнодобывающая, нефтегазовая и химическая промышленность, машиностроение. Изготовление сварочных электродов остается востребованным, и определяется это следующими факторами:

Низкая стоимость сварочного оборудования;
Большой выбор электродов по возможностям применения (практически для всех существующих марок стали);
Возможность соединять сложные конструкции, работающие под давлением, под водой, в агрессивных средах и т. д.

Основные производители электродов в России — малые частные предприятия. В основном выпускают универсальную продукцию общего назначения (эл-ды типа МР-3, УОНИ, ЦЛ), поэтому среди них существует высокая конкуренция.

Основные этапы производства сварочных электродов

Важно! В качестве стержня используется проволока с точным химическим составом, поэтому важно найти металлургическое предприятие, которое сможет изготовить проволоку под вашу марку электродов.

Линия по производству сварочных электродов обеспечивает получение одного типа. Это могут быть электроды:

Графитированные — относятся к неметаллическим неплавящимся. Для их производства нужны печи, обеспечивающие изотермическую выдержку при температуре свыше 2000 С. Прессование графита происходит под большим давлением (около 200 бар).
Для ручной сварки, плавящиеся. В качестве основы используется металлический стержень определенного химического состава. Для этого из проволоки делают заготовки на правильно-рубильных станках. Далее на них наносится смесь, которая в процессе сварки образует шлаковый защитный слой. Он состоит из оксидов (сухой порошок) и связующей массы (жидкого стекла). В зависимости от назначения электрода это соотношение отличается. По способу нанесения обмазки технология делится на 2 типа. Это определяет особенности производства:

Обмакивание. Используется смесь консистенции сметаны. Электроды погружаются в массу и медленно извлекаются из нее. В этом состоянии попадают в печь для просушки, при температуре 300-400 С, для органических наполнителей – 180 С.
Опрессовка. Смесь напоминает консистенцию сырой почвы. Проволока подается в электродный пресс, где на нее наносится масса под высоким давлением. Преимущество этого метода заключается в отсутствии необходимости для просушки, высокой производительности и отсутствии брака.

Несмотря на однотипное строение электрода, вариантность исполнения марок по химическому составу сердцевины и покрытия превышает цифру 50. Увеличивают количество модификаций размеры диаметров. Для разных профилей требуется разработка собственных режимов (давление нанесения обмазки, длительность и температура сушки и т. д.).

Неплавящиеся для точечной или аргонодуговой сварки. Изготовление этих электродов производится методом порошкового прессования, для чего используется сложное автоматизированное оборудование.

Виды и особенности технологии

Изготовление методом обмазки котируется как кустарный способ, поэтому использовать его для серьезного производства не рационально. Второй способ — опрессовки — позволяет получить качественный товар, с отсутствием брака. Технология производства сварочных электродов состоит из нескольких этапов. Кроме самой линии, необходимо вспомогательное оборудование:

3-фазное электроснабжение W от 80 кВт;
Система вентиляции;
Подача сжатого воздуха;
Склады для сырья и готовой продукции.

Сама линия изготовления электродов состоит из:

Рубильный автомат для проволоки;
Обмазочный пресс (оптимальный вариант, работающий по принципу экструзии);
Шагающий под для подачи электродов в печь;
Устройство зачистки и перемещения стержней;
Маркировочное устройство;
Брикетированный пресс;
Вибросито для сыпучих, здесь же рассматривается способ подачи материалов в загрузочный бункер;
Машина для смешивания порошка с жидким стеклом;
Устройство чистки сырых электродов.

Для установки линии производительностью до 400-500 кг в сутки необходимо помещение площадью 30 м².

Расчет прибыли от производства и реализации электродов

Теоретически подсчитаем окупаемость следующим образом:

Оборудование для производства электродов обойдется примерно в 2 млн. рублей. К ним добавятся расходы по заработной плате, на рекламу, закупку сырья, транспортные, наладочные работы, брак и т. д., это еще около 1 млн. рублей.

Производственные мощности цеха позволяют выпускать за 1 сутки 400 кг. Стоимость оптовых продаж за 1 кг = 50 рублей, так получаем прибыль за сутки 20 тыс. рублей.

Для расчета годовой прибыли нужно учесть количество профилактических и ремонтных простоев оборудования. Допустим, в общей сложности простои составят 20 дней, тогда годовая прибыль составит (365-20) х 20 000 = 6 900 000 рублей.

Теоретические расчеты отличаются от фактических, поэтому средняя окупаемость электродного бизнеса в России составляет до 3-4 лет (из практики). Для этого нужно составить максимально точный бизнес-план: знать рынки сбыта в своем регионе, а также за его пределами. Конъюнктура просматривается еще до начала строительства, и во многом определяет потенциальные продажи, это могут быть:

Строительные магазины, фирмы;
Строительные базы, рынки;
Заводы металлоконструкций.

Заключение

По своей сложности и многочисленности этапов, технология изготовления сварочных электродов приравнивается к сталеплавильному или прокатному делу. Работа здесь не начинается и не заканчивается самим производством. Это большое количество документации:

организация предприятия;
разработка технологических режимов на каждую марку отдельно;
техника безопасности;
коммерческое направление.

Следует учитывать, что количество постоянных клиентов напрямую связано с качеством продукции, а для этого нужно потратить большое количество материалов и энергоносителей на проведение исследовательских работ и испытаний. Ведь даже если пригласить технолога из такого же предприятия, все равно потребуется настройка режимов, подбор соотношений элементов и другие насторйки под конкретное оборудование. Из-за дополнительных затрат на исследовательскую работу, небольшие предприятия проигрывают в качестве своей продукции перед крупными, имеющими собственную научную базу. Тем не менее, этот бизнес окупает себя уже через 1-2 года (при условии, что разработанный бизнес-план работает без сбоев).

Читайте также: