Из чего состоит сварочный электрод – виды покрытий, маркировка, классификация

Из чего состоит сварочный электрод – виды покрытий, маркировка, классификация

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

Электроды для сварки. Виды и устройство. Применение и работа

Электроды для сварки представляют собой стержни из металла или другого материала, которые при прохождении мощного электрического тока плавятся или плавят поверхность заготовок, что приводит к созданию соединяющего сварочного шва. Электроды разделяются на марки в зависимости от того, для каких работ применяются. В настоящее время существует более 200 марок.

Виды электродов
Все разновидности электродов для сварки разделяют на две группы:
  • Металлические.
  • Неметаллические.
Неметаллические

Делают из угля или графита. Они не плавятся и эффективно пропускают электричество, при этом разогреваются, но больше всего греется поверхность, к которой они прикасаются. В результате металл плавится, приобретая текучесть, и заполняет шов. Создается физический процесс диффузии, что обеспечивает смешивание молекул из двух заготовок, в результате чего создается надежное соединение.

Металлические

Такие электроды для сварки также бывают неплавящимися и плавящимися .

Неплавящиеся металлические электроды бывают четырех видов:
  • Вольфрамовые.
  • Торированные.
  • Лантанированные.
  • Итрированные.
Плавящийся подвид металлических электродов выпускается в 2 формах:
  • Покрытые.
  • Не покрытые.

Покрытые имеют специальное напыление на стержне, которое при разогреве выделяет газ, предотвращающий окисления текучего металла. Их стержень делается из идентичного металла с той заготовкой, которая сваривается. Это может быть сталь, чугун, алюминий, медь бронза и так далее. Электрод из алюминия не может варить сталь, как и чугунный – медь. Соответствие материалов должно быть стопроцентным.

Непокрытые электроды представляют собой длинную проволоку, которая используется в полуавтоматическом сварочном аппарате. Данное оборудование подает проволоку вместе с потоком газа, поэтому ее окружает благоприятная среда предотвращающая окисление при плавке. Для сварки черных металлов обычно подается углекислота.

Наличие более 200 марок электродов обусловлено тем, что существует масса разновидностей сталей с особой структурой. Чтобы расплавленный стержень электрода эффективно зафиксировал соединяемые детали необходимо полное соответствие с материалом, с которым осуществляется контакт. Если применять стержень другой структуры, соединение становится ненадежным. При создании достаточного давления шов отрывается. Особенно это заметно при сварке чугуна. Если использовать обычные электроды для стали, то при расплавке они просто не присоединяются к деталям.

Существуют марки электродов под каждый вид стали. Это может быть любой металл – теплоустойчивая, легированная, конструкционная, низколегированные, нержавеющая и пр. типы сталей.

Покрытые электроды для сварки дугового типа

Электродуговые электроды являются самыми востребованными, поскольку применяются для самого распространенного типа сварочного оборудования. Они используются на производстве и в быту. Практически все металлоконструкции в строительстве завариваются таким оборудованием. На прилавках магазинов продаются инверторные и другие виды сварочных аппаратов, которые работают с подобными электродами.

Эти электроды для сварки относятся к виду металлических плавящихся стержней с защитным покрытием. Их сердцевина делается из того металла, который нужно сварить. Непосредственно само устройство подобных электродов состоит из металлического стержня, сделанного в виде длинного прута, покрытие которого идет практически по всему периметру, кроме маленького хвостика. Непокрытый хвостик используется для фиксации в держателе сварочного аппарата, поскольку покрытие не проводит ток и его наличие не позволит создать контакт. Рабочей частью электрода является торец, который также не имеет покрытия. При касании его к детали, которую нужно заварить, место соединения разогревается и электрод начинает плавиться, а его покрытие выделяет газ, препятствующий окислению.

Электроды для дуговой сварки отличаются между собой не только по металлу сердечника, но и его диаметру в миллиметрах. Чем тоньше прут, тем быстрее он плавится. Если необходимо сварить заготовку, имеющую толстое тело, то нужно выбирать электрод большого диаметра. Стоит отметить, что возможность применения зависит от классификации сварочного аппарата. При использовании электродов с большим диаметром создается высокая нагрузка, в результате которой слабое оборудование может перегореть.

Для обеспечения надежной сварки с применением подобных электродов важно, чтобы прогревался не только стержень для плавки, но и заготовка. Это обеспечивает надежное смешивание жидкого металла на молекулярном уровне. Если для толстых заготовок использовать тонкий стержень, поверхность останется холодной, в то время как электрод уже течет. В результате после остывания такое соединение можно отломить голыми руками. Если применять толстый электрод на тонкостенном листовом металле, то свариваемая поверхность просто будет прогорать насквозь и шов не получиться. Таким образом, электроды для сварки подбираются индивидуально.

Стоит отметить, что подобные электроды имеют ограниченный срок хранение, поскольку со временем покрытие теряет свои свойства и не может при плавлении создавать газовое облако препятствующее окислению. Хранить электроды для сварки с покрытием нужно в сухом месте. Если они будут контактировать с избыточной влажностью, то покрытие набирает сырость. В результате наблюдается ухудшение рабочих характеристик. При нагревании стержня влага в покрытии быстро испаряется, что приводит к резкому расширению. В результате во время сварочных работ мокрыми электродами, в стороны начинают отлетать мелкие капли расплавленного металла, что небезопасно. Кроме этого, ни о каком надежном и красивом шве не может быть и речи. Если электроды намокли не сильно, их можно высушить, положив в теплом месте или на солнце. Иногда, даже после просушки, они не могут полностью возобновить свои былые характеристики.

Использование таких электродов позволяет провести очень надежное сварочное соединение, но при этом наблюдаются и определенные недостатки. В первую очередь это связано с необходимостью периодически снимать хвостики от сожженных электродов с держателя, и вставлять свежие стержни. В зависимости от навыков сварочных работ это осуществляется раз в 1-2 минуты. Также на периодичность замены влияет и толщина внутреннего сердечника. Снимаемый из держателя хвостик всегда горячий, поэтому его нужно доставать только плоскогубцами.

Сварная проволока для полуавтоматов

Проволочные электроды для сварки представляют собой тонкую проволоку, намотанную на катушку. Ее вес может составлять 0,5, 1 или 2 кг. Иногда продаются даже большие катушки, но они подходят не для всех сварочных аппаратов. Проволока используется для сварки полуавтоматическим и автоматическим оборудованием. Зачастую она не имеет никакого покрытия, кроме полимера препятствующего коррозии. Иногда для предотвращения появления ржавчины на поверхности сварочной проволоки наносится бронза, медь или алюминий. Слой цветных металлов очень тонкий, поэтому никак не влияет на эффективность сварочных работ.

Сварочный полуавтомат подает проволоку сквозь рукав вместе с потоком углекислоты. При контакте с обрабатываемой поверхностью кончик проволоки греется и расплавляется. Благодаря тому, что углекислый газ в это время выталкивает весь воздух, окисление не происходит. Если отключить подачу газа, то расплавленный металл начинает кипеть, в результате чего шов получается пористым, а сама проволока постоянно перегорает.

Читайте также  Уф фильтр для воды

Сравнительно недавно началось производство сварочной проволоки с флюсом. Она имеет мелкое порошковое напыление подобное покрывным электродам для дуговой сварки. Такой ассортимент стоит дороже, но имеет и свои преимущества. Его можно использовать на классической полуавтоматической сварке, которая обычно работает с углекислотой, но без ее подачи. Применение такой проволоки исключает необходимость заправки баллонов и перевозки их вместе с полуавтоматом.

Принцип работы неплавящихся электродов и сфера их применения

Неплавящиеся электроды для сварки применяются в тех случаях, когда необходимо провести пайку двух или более заготовок за счет плавления их собственного металла. Обычно для этого используются графитовые стержни. Подобные электроды часто применяются при обеспечении надежного соединения скрутки электрокабеля. Для этого необходимо прикоснуться к скрутке, после чего поверхность металла в месте соединения начнет мгновенно разогреваться. В результате медь или алюминий быстро оплавятся и созданные капли из разных жил сплавляются друг с другом. В дальнейшем электрический ток будет проходить по месту пайки без риска окисления и потери контакта. Это намного надежнее, чем обычная скрутка или даже использование специализированных клемм.

В отличие от обычных плавящихся электродов, неплавящиеся сложно назвать расходными материалами. Дело в том, что после работы они остаются практически такими же как изначально. Происходит лишь незначительная потеря длины. Таким образом, использование подобных электродов является более выгодным с экономической точки зрения. Обычно такие стержни используются для соединения металлов с большой текучестью, которые отличаются низкой степенью окисления при работе. В первую очередь это алюминий, медь, бронза и латунь.

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:

  1. 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).
  2. 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:
  1. 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.
  2. 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.).

  1. 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).

Эффективность самоделки

Такие самодельные электроды и внешне, и по эксплуатационным характеристикам отличаются от заводских. Они имеют более светлый окрас и сильнее осыпаются в процессе сварки, однако это обычно никак не сказывается на процессе приваривания. При использовании заготовки из стальной проволоки сварочный шов будет образовываться, однако из-за отсутствия в составе обмазки шлакообразующих элементов шлака не будет, электрод станет прилипать к металлу, а процесс сварки будет нестабильным. Также существует вероятность того, что проводник и вовсе не станет гореть.

Таким образом, можно сделать выводы, что самодельные сварочные электроды могут выручить, когда другого способа сделать шов нет. Однако по возможности все же рекомендуется использовать для сварки оригинальные электрические проводники, которые помогут достичь гарантированно качественный результат.

Читайте также  Шторы в ванную на окно

Какие бывают электроды для сварки

Все представленные на отечественном рынке электроды делятся на типы, которые предназначаются для работы с различными металлами. Есть отдельная группа продукции для сварки по разным маркам стали, по чугуну, цветным металлам, алюминию и его сплавам. Благодаря такому делению сварщику легче выбрать оборудование и оптимальный режим при работе с конкретным металлом. Есть еще и отдельная группа электродов, которые используются исключительно для так называемой «наплавки металлов».

Особенности ручных технологических операций тоже являются определяющим фактором, который влияет на классификацию электродов. Ведь сварочные работы могут выполняться с разным расположением электрода, степенью проплавления металла, глубиной сварочной ванны и другими особенностями.

Толщина электрода определяет его принадлежность к изделиям тонким (М), толстым (Д) или среднего размера (С). В зависимости от типа обмазки продукция делится на четыре группы:

  • кислая – маркируется А;
  • целлюлозная – Ц;
  • основная – Б;
  • рутиловая – Р;
  • комбинированная или смешанная. Маркируется в зависимости от того, какие виды обмазок использованы – РБ, РЦ, АР или другое.

Если электрод обладает покрытием, которое выходит за рамки приведенной классификации, он обозначается буквой «П» – прочие. В состав обмазки включаются добавки, которые предназначаются для улучшения качества сварного шва из конкретного материала. К примеру, рутиловое покрытие электрода препятствует образованию пустот и трещин в области сварного шва. Еще электроды классифицируются в зависимости от полярности питающего тока, величины напряжения, диаметра, длины стержня.

В случае возникновения крайней необходимости электроды можно изготовить самостоятельно. Для этого понадобится стальная проволока диаметром в диапазоне от 1,6 до 6 мм. Из нее делаются отрезки длиной около 35 сантиметров. Для обмазки подойдет смесь мела и силикатного клея.

Расчет прибыли от производства и реализации электродов

Начинающему бизнесмену, не имеющему возможности приобрести современную производственную линию, лучше начать с небольшого производства. Но для этого также потребуется арендовать помещение для установки оборудования (например, сушильного шкафа, пресса и емкостей для приготовления обмазочной смеси) и приобретения минимального комплекта устройств. В этом случае затраты составят от 2 500 000 руб. и выше. Сюда входят покупка оборудования, доставка, запуск, приобретение сырья, зарплата сотрудникам, реклама, упаковка и прочее.

По оценкам специалистов рентабельность подобного бизнеса составляет 30%.

Стоимость электродов варьируется в зависимости от региона и в среднем составляет 400 руб. за упаковку (5 кг) или 80 руб. за 1 кг. Себестоимость – около 50 руб. за 1 кг. С помощью современных устройств можно выпускать около 500 кг готового продукта в сутки.

Отсюда:

  • выручка в день составит около 25 000 руб. (500х50),
  • в месяц – 750 000 руб.

Исходя из рентабельности, чистая прибыль составит около 230 000 руб. в месяц (750 000 / 30). Предприятие полностью окупится через 10-12 месяцев.

Покрытие электродов

Покрытие электрода представляет собой смесь различных компонентов нанесенных и закрепленных на стержне электрода.

Изобретателем покрытого электрода считается шведский инженер Оскар Кьельберг. Он придумал обмазывать проволоку и порошка силикатов.

На имя Кьельберга в 1908 году был выдан немецкий имперский патент №. 231733 «Электрод и порядок электрической пайки». В патенте говорится, что цель покрытия заключается в «защите расплавленного металла от кислорода и азота воздуха, обеспечении надлежащего физического и химического состояния шва, а также возможности проведения сварки во всех пространственных положениях».

Сегодня чаще всего применяют два вида покрытия электродов: тонкое или стабилизирующее, и толстое или качественное. Стабилизирующее покрытие ионизирует дуговой промежуток, облегчая тем самым процесс дуговой сварки.

Оно слабо защищает расплавленный металл от вредного воздействия воздуха. Но все же дает относительно приемлемое качество сварного шва, хотя и уступающее основному металлу. Простейшее стабилизирующее покрытие — мел, разведенный в жидком стекле (силикате натрия).

Качественное покрытие регулирует металлургические процессы при сварке и улучшает свойства наплавленного металла. Состав качественного покрытия весьма сложен. В нем содержатся шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и стабилизирующие компоненты, стальные порошки.

Сейчас у нас наиболее распространены электроды с кальций-фтористистым или, похожим по свойствам, рутиловым покрытием. При плавке такие электроды дают флюс, защищающий сварной шов от вредного воздействия атмосферы.

В странах Запада повсеместное распространение также получили электроды с целлюлозным покрытием. Металлический стержень оборачивается обычной бумагой, которая пропитывается жидким стеклом, а затем высушивается. Такие электроды выделяют много газов, защищающих металл и сварочную ванну.

Выбор электродов

Итак, мы знаем, из чего состоит электрод, и какие у него существуют разновидности. Этой информация в целом достаточно для того, чтобы пойти в магазин и правильно выбрать электроды. Но для некоторых новичков этой информации недостаточно. Они хотят знать, какие лучше остальных, какую марку выбрать, какого производителя.

К сожалению, не существует единого ответа на эти вопросы. Перед выбором электродов необходимо знать, ЧТО вы собираетесь варить и КАК. Можно, конечно, купить электроды для сварки чугуна и варить ими нержавейку, но не удивляйтесь плохому качеству работ.

Совет один: опирайтесь на не советы из интернета, а на свои потребности. Кто-то вам скажем, что надо просто покупать электроды МР-3 и не заморачиваться. Это не плохой совет, если вы собираетесь варить бочку и больше ни на что не рассчитываете. Но если вы желаете совершенствовать свои навыки, то вам придется разобраться в марках электродов, а не слепо доверять «экспертам».

Пример маркировки

Производитель при определении буквенно-численной комбинации включает в неё данные:

  • О составе металла.
  • Особенности обмазки.
  • Данные о диаметре электрода.

Пример: электроды марки Уони. На пачке видно надпись: Э42А-УОНИ-13/45-3,0-УД)/(Е432(5)-Б10.

Для расшифровки слева направо проще всего указать информацию в столбик:

  • Э42А — электрод для ручной дуговой сварки. Получаемая в результате прочность шва — 420 МПа. (А) — пластичность повышена:
  • УОНИ 13 — наименование марки. Первые буквы расшифровываются так: универсальная обмазка Научного-Исследовательского Института №13;
  • 45 — предел прочности наплавки — 450 МПа;
  • 3,0 — диаметр стержня без учёта слоя обмазки;
  • У — говорит о том, что предназначены для сваривания углеродистых сталей, низколегированных конструкций;
  • Д — тип покрытия: толстое;
  • Е432 (5) — индекс говорит о характеристике шва, который должен получиться в идеале;
  • 43 — минимальная прочность на разрыв: не меньше 430 МПа;
  • 2 — относительное удлинение — от 24%;
  • 5 — сварка возможна при температуре (минимум) до -40˚С; при этом обеспечивается значение ударной вязкости металла шва 34 Дж/кв. см;
  • Б — покрытие по составу: основное;
  • 1 — пространственное положение шва: любое.
  • — сварка допускается лишь дугой с постоянными характеристиками (DC) и прямой полярностью.