Сварка угольным электродом в домашних условиях

Как выполнить сварку и строжку угольными электродами в домашних условиях самому

Технология сварки угольными электродами встречается достаточно редко. Это связано с узкой спецификацией угольного присадочного материала. Из-за своей структуры он не плавится под воздействием высоких температур.

Это ограничивает его применение сваркой цветных металлов и чугуна. Однако помимо короткого списка сварочных работ, угольный присадочный материал можно использовать для другого типа обработки – строжки.

Строжкой называется методика разрезания металлических поверхностей. При этой методике проводится резка на частичной глубине полотна детали.

Эта статья детально рассмотрит оба вида обработки металла с помощью угольных электродов: сварку и строжку.

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.

Описание технологии

В начале работы (как перед сваркой, так и перед строжкой) всегда проводится подготовка. Она включает в себя зачистку сварочной зоны поверхности детали. Зачистка проводится наждачной бумагой, шлифовальной машинкой или напильником.

Убираются все очаги коррозий, включения чужеродных материалов, загрязнения, неровности. После этого поверхность обрабатывается обезжиривающей жидкостью. От качества зачистки будет зависеть качество сварочного соединения.

Уровень силы тока выставляется в зависимости от диаметра электрода. При размере в 4 мм сила тока должна достигать 150-200 Ампер. Если размер стержня больше – сила тока увеличивается, если меньше – уменьшается.

Для стабильности работы дуги стоит настраивать постоянный тип тока. Полярность устанавливается отрицательная. Это также понизит расход материала.

Для улучшения плотности шва и стабилизации дуги при строжке и сварке применяется флюс. Они существуют нескольких типов: порошок, паста, жидкость. Использовать можно любой, однако для применения в домашних условиях больше подходит форма пасты или жидкости.

Для лучшего эффекта флюс должен включать в себя ионизирующие вещества. Сам флюс наносится на сварочную поверхность и распределяется тонким равномерным слоем.

Далее присадочный элемент вставляется в держак, разжигается дуга и формируется сварочная ванна. Поджиг дуги производится постукиванием (чирканьем) кончика рабочего элемента по металлической поверхности.

Во время работы видимая часть присадочного элемента не должна превышать 7 см. Продвижение вдоль стыка должно быть равномерным, с учетом плавления кромок и формирования соединения.

Сваривание деталей, а также строжка угольным электродом применимо в домашних условиях, однако для этого нужно использовать аппаратуру заводского производства. Самодельные агрегаты для такой сварки не подойдут ввиду отсутствия возможности настройки силы тока.

Общая информация о строжке угольными электродами

Такой тип строжки также называется воздушно-дуговым. Эта методика основана на применении сжатого воздуха для разрезания детали.

Воздействие сварочного тока расплавляет тело детали. А разрез производится направленной параллельно струей сжатого воздуха.

В отличие от сварки, строжка угольными электродами применяется для обработки любых типов металлов. Но чаще всего эта методика используется, чтобы разрезать нержавеющую сталь, чугун, никель, алюминий либо медь.

Описание технологии

Воздушно-дуговая резка применима в домашних условиях. Однако, как и при других обработках, при резке важно соблюдать безопасность.

Перед тем, как приступать к работе по сварке и строжке, проводится проверка исправности оборудования. А также подготовка металла – зачистка и обезжиривание. После этого проводится настройка режима сварки, выставляются параметры силы тока.

Не стоит настраивать высокие показатели этого параметра. Завышенная сила тока быстро испарит медное покрытие присадочного материала. Это повлияет на качество и равномерность расплавки тела детали.

Помимо сварочного оборудования проводится подготовка баллона со сжатым воздухом. Он не должен иметь повреждения и вмятины.

Удостоверившись в исправности баллона, проводится настройка давления. Для воздушно-дуговой строжки достаточно четыре-шесть бар.

Присадочный элемент вставляется в держак так, чтобы видимая часть не превышала длину в 10 см. Подается воздух, поджигается дуга.

После формирования сварочной ванны сжатый воздух направляется в рабочую зону. Обе части обработки должны проводиться равномерно.

Заключение

Сварка и строжка угольными электродами применяется редко, но обработать этими методиками металл можно. Это достаточно сложная задача.

Однако умение работать с таким типом присадочного материала поможет в обучении другим, более простым методикам.

Особенности сварки угольными электродами

Содержание:

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:

1. Круглые. Они могут использоваться в неограниченном режиме. Диаметр электродов составляет от 3,2 до 19 мм.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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

Как варить угольными электродами

Дуговая сварка угольным электродом была изобретена русским инженером Николаем Бенардосом ещё в 1882 году. По сути, это старейший способ электросварки. На сегодняшний день угольные или графитовые электроды используются значительно реже, чем металлические, но всё же у них остаётся своя сфера применения.

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:

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.

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.

В некоторых ситуациях можно обойтись и без присадки, например, при отбортовке тонких металлических изделий или при сварке угловых стыков. Причём если использовать угольный электрод без присадок для соединения металлических листов, имеющих толщину до 3 мм, то производительность будет на порядок больше, чем при сварке с иными электропроводниками.

Применение в домашних мастерских

Для работы с угольными электродами в домашних условиях подойдёт стандартный элекродуговой сварочный аппарат. Так как теплопроводность угольных стержней мала, можно создавать дугу при силе тока всего в 3-5 Ампер.

Причём эта электродуга при необходимости вытягивается в длину в 30-50 миллиметров. Электрод испаряется медленно и не липнет к металлу, поэтому вести угольную дугу по направлению будущего шва достаточно легко.

Навыки, нужные для выполнения простых работ (таких как сварка проводов, сварка тонких металлических пластин и так далее), приобретаются в данном случае очень быстро.

Варить домашним мастерам следует не на улице, а строго в закрытых помещениях. Угольная дуга реагирует на дуновения ветра, газовые потоки, магнитные поля и другие воздействия.

Чтобы не тратить время на перестановку электрода в держателе и чтобы он не слишком нагревался при сварке, его можно заранее заточить с обоих концов. Когда один конец перегреется, электродержатель поворачивается на 180 °, и сварка продолжается другим концом.

Мастерам, у которых в наличии не слишком много расходных материалов, следует воспользоваться данным советом.

Угольные и графитовые электроды некоторые специалисты используют, чтобы варить медные шины на трансформаторных подстанциях. А в домашних кустарных мастерских такими электродами можно, например, сваривать медные провода.

Хорошим присадочным материалом в данной ситуации станут бронзовые прутки. Диаметры таких прутков подбираются в зависимости от толщины свариваемых деталей и рассчитываются по специальным формулам.

Вдобавок ко всему угольными электродами можно выполнять не только сварочные работы, но и операции по резке металлических изделий.

Работа с алюминием

Угольными электродами соединяют даже алюминиевые изделия, которые традиционно считаются сложными для сваривания. Алюминий обладает малой плотностью, значительной теплопроводностью и стойкостью к коррозии.

Плавится этот металл при температуре 660 °C, к тому же он достаточно хорошо сочетается с кислородом, из-за чего покрывается плёнкой окиси алюминия (химическая формула – Al2O3).

Наличие такой плёнки, а также лёгкость образования трещинок и пор в металле шва – главные трудности, с которыми сталкиваются при сварке алюминия. Но применение угольных электродов позволяет справляться с ними.

В частности, именно такой способ используют для соединения алюминиевых шин в цехах электролиза. Сваривают шины традиционно встык на подкладке из графита или алюминия.

По бокам шин монтируют графитовые пластины с вырезами напротив шва. Данные вырезы дают возможность вывести конечную и начальную точку шва за границы рабочего сечения.

При сварке алюминиевых поверхностей угольной дуговой сваркой присадочным материалом служит проволока или пруток из того же металла. Для того чтобы окисная плёнка не мешала и не повлияла на результат, на кромки шва добавляют флюс марки АФ-4А, который представляет собой однородный мелкодисперсный порошок белого цвета.

Сварка угольным электродом

Угольные электроды изготавливают из аморфного электротехнического угля в виде стержней круглого сечения диаметром от 6 до 18 мм, длиной 250—700 мм с гладкой черной поверхностью. Для сварки пригодны только сплошные электроды, т. е. без канала внутри. Конец электрода затачивают под углом 60—70°, а для сварки цветных металлов — 20—40°.

Процессу сварки угольными электродами присущи такие особенности:

• температуры плавления и кипения угольных электродов весьма высоки и настолько близки (Т_пл = 3800 °C, Т_кип = 4200 °C), что практически процесс плавления не удается наблюдать, видно лишь медленное испарение, чистый углерод имеет Т_пл ≈ 3500 °C, Т_кип = 3467 °C, поэтому он не плавится, а возгоняется;
• сварку угольными электродами можно вести только на прямой полярности (минус на электроде). При обратной полярности наблюдается недостаточно устойчивое горение дуги, неудовлетворительное формирование шва, происходит науглероживание наплавленного металла, электрод сильно разогревается на большой длине, что приводит к увеличению его испарения;
• коэффициент полезного действия дуги при сварке угольным электродом значительно ниже, чем при сварке металлическим плавящимся электродом;
• дуга в процессе сварки чувствительна к различным внешним воздействиям, потокам газов, ветру и т. п., а также сильно поддается магнитному дутью.

Вместе с тем угольные электроды успешно применяют для сварки тонколистового металла, заварки дефектов литья, сварки цветных металлов и наплавки твердых сплавов.

В настоящее время используют следующие способы сварки угольным электродом тонколистового металла:

• без присадочного материала;
• с подачей присадочного материала в дугу;
• с предварительной укладкой присадочного материала.

Сварка без присадочного материала — это наиболее простой способ, который получил наибольшее распространение. Он заключается в оплавлении дугой кромок свариваемых деталей. Этим способом сваривают листы при бортовых, угловых и нахлесточных соединениях. Причем производительность сварки при толщине листов 1—3 мм может быть значительно выше производительности ручной сварки покрытыми металлическими электродами. Без присадочного материала

успешно сваривают уголки, швеллеры и другие профили, в которых шов образуется за счет расплавленного металла кромок или полок. Сварка стыковых соединений этим способом дает ослабленный шов, и поэтому его можно применять только лишь в тех случаях, когда шов не будет подвергаться значительным усилиям.

Характерные типы сварных соединений, которые можно выполнять этим способом, показаны на рис. 1.

Рис. 1. Характерные типы сварных соединений без присадочного материала: а — стыковое соединение листов толщиной 1—2 мм с отбортовкой кромок; б — присоединение штампованного днища к обечайке; в — соединение кожухов, емкостей и т. п.; г — угловое соединение; д, е, ж, з, и — различные виды соединений из уголков, швеллеров и листов, соединение внахлест

Сварка тонких листов с подачей присадочного материала в дугу ведется по схеме, приведенной на рис. 2. Сварщик в левой руке держит присадочный пруток, а в правой — держатель с угольным электродом. Факел дуги направляют на конец присадочного материала, и этим предупреждают прожоги при сварке тонких листов. Такой способ рекомендуется для сварки стальных листов толщиной 0,3—1,0 мм.

Рис. 2. Сварка тонких листов с подачей присадочного металла в дугу

Он дает также хорошие результаты при заварке дефектов литья и при сварке цветных металлов.

Сварку с подачей присадочного материала в дугу можно выполнять «левым» и «правым» способом. При «левом» способе (рис. 3, а) присадочный пруток раз

Рис. 3. Сварка с подачей присадочного материала в дугу: а — левый способ; б — правый способ

мещают между электродом и основным металлом, пламя дуги направлено на основной металл. При «правом» способе (рис. 3, б) присадочный пруток размещают между наплавленным валиком и угольным электродом, пламя дуги направлено на расплавленный металл.

При «правом» способе нагрев более концентрированный, чем при «левом», что позволяет производить сварку на больших скоростях. Однако при «правом» способе велика вероятность прожогов.

На практике чаще применяют «левый» способ, а «правый», как правило, используют при сварке металла больших толщин.

Сварку с предварительной укладкой прутков или полосок применяют при выполнении стыковых и угловых швов из листов большой толщины (рис. 4). При этом получается усиленный шов за счет сплавления кромок свариваемых листов и присадочного прутка.

Сварочный ток подбирают в зависимости от толщины металла и вида сварного соединения; диаметр электрода — в зависимости от толщины свариваемых листов с таким расчетом, чтобы электрод не разогревался по всей длине до светло-красного каления, которое вызывает его быстрое испарение, растекание и расход.

Примерные режимы сварки соединений низкоуглеродистой стали угольными электродами приведены в табл. 1.

Рис. 4. Сварка с предварительной укладкой прутков или полосок: а — односторонний стыковой шов с укладкой прутка; б — односторонний стыковой шов с укладкой прутка и подкладкой под шов полоски; в, г — односторонний угловой шов с укладкой прутка; д — односторонний стыковой шов с укладкой полоски и подкладкой под шов полоски; е — двухсторонний стыковой шов с укладкой с обеих сторон полоски; ж — двухсторонний стыковой шов с укладкой полоски в зазор между свариваемыми листами

Таблица 1. Режимы сварки соединений из низкоуглеродистой стали угольными электродами

Вид соединения	Толщина металла, мм	Сила тока, А	Диаметр электрода, мм	Скорость сварки, м/ч
Односторонний стыковой шов	2	200	10	20
	3	300	12	20
Односторонний угловой шов	2	150	10	20
	3	250	10	15
С отбортовкой кромок	1	130	10	30
	2	200	10	40

Увеличение плотности тока можно допускать при использовании графитовых электродов. Графитовые электроды изготавливают из кристаллического углерода — графита. Цвет графитовых электродов темно-серый с металлическим блеском. Они мягкие, легко режутся, при сварке дают лучшие результаты, чем угольные. Благодаря высокой электропроводности и стойкости против окисления они медленнее испаряются и более стойки против растрескивания. При использовании графитовых электродов можно повысить силу тока в 2,5—3 раза по сравнению с угольными электродами. Это позволяет пользоваться более тонкими и удобными в работе электродами. Ориентировочные режимы сварки соединения при отбортовке кромок с использованием графитовых электродов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Режимы сварки соединений при отбортовке графитовыми электродами

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А	Скорость сварки, м/ч
1,5	5	90—100	45
2	6	125—135	40
2,5	6—8	100—250	35
3	6—8	250—275	33

При сварке тонких листов угольным электродом наружный вид шва лучше, чем при сварке покрытым металлическим электродом. Механические свойства сварных соединений практически находятся на уровне свойств основного металла. Сварку угольным электродом успешно можно применять и для сварки цветных металлов, и для наплавки твердых сплавов. С этой целью используют дугу косвенного действия. Дуга возбуждается между двумя угольными электродами.

Сварку ведут на переменном токе на режимах, приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Режимы сварки угольными электродами при использовании дуги косвенного действия