Графит для сварки

Графит для сварки: назначение и область применения

Графитовые электроды — неплавящиеся проводники тока на основе углерода-графита. Они применяются в дуговой сварке, воздушно-дуговой строжке и резке металлов. Основные сферы использования: сталелитейное и судостроительное производство, ремонт металлоконструкций, электромонтажные работы.

Графит обладает температурой сублимации около 3500 °C, что делает электроды из него практически неплавкими при рабочих температурах дуги. Расход графитовых стержней в процессе сварки минимален — потеря массы связана преимущественно с испарением материала в зоне дуги.

Отличия графитовых электродов от угольных

В практике часто смешивают понятия «графитовый» и «угольный» электрод. Это разные изделия с различными свойствами. Графитированные электроды получают термообработкой угольных заготовок при температурах порядка 2500 °C, в результате которой аморфный углерод переходит в кристаллическую форму — графит.

Основные различия между ними приведены в таблице.

Благодаря сниженному удельному электросопротивлению графитовые электроды можно применять при значительно большей плотности тока, чем угольные. При одинаковом токе допустимо использовать графитовый стержень меньшего сечения — это снижает расход материала.

Сфера применения графитовых электродов

Графитовые электроды для сварки и строжки используются для широкого круга задач:

• воздушно-дуговая строжка — выборка дефектных участков сварных швов, разделка корня шва при двусторонней сварке, удаление временных сборочных приспособлений;
• дуговая резка углеродистых, низколегированных и легированных сталей;
• прошивка отверстий в деталях из стали, чугуна, меди и сплавов;
• срезание заклёпок, выводных планок и прихваток;
• сварка изделий из цветных металлов — меди, латуни, бронзы;
• соединение медных и алюминиевых проводов, шин, контактных элементов;
• подготовка кромок под сварку.

В электросталеплавильном производстве применяются графитированные электроды большого диаметра (75–555 мм) для ввода электроэнергии в дуговые печи. Это отдельная категория продукции, которую не следует путать с малоразмерными графитовыми стержнями для ручных сварочных работ.

Типы и формы выпуска

Графитовые (угольные) электроды для сварки и строжки

Малоразмерные электроды для ручной дуговой сварки и воздушно-дуговой строжки выпускаются нескольких разновидностей по форме сечения:

• круглые — диаметр от 3,2 до 19 мм, наиболее распространённый тип;
• плоские (прямоугольные) — для формирования широких канавок при строжке;
• полые — для строжки с образованием U-образных канавок, диаметр 5–13 мм;
• бесконечные (с ниппельным соединением) — обеспечивают минимальный расход за счёт последовательной стыковки стержней.

Длина стержней, как правило, составляет от 250 до 430 мм в зависимости от назначения.

Омеднённые электроды

На поверхность угольных и графитовых стержней наносят тонкий слой меди методом напыления или электролитическим способом. Медное покрытие повышает электропроводность, обеспечивает более стабильное горение дуги и снижает расход электрода. Омеднённые стержни применяются в воздушно-дуговой строжке, а также при сварке цветных металлов.

Графитированные электроды для дуговых печей

Крупногабаритные графитированные электроды цилиндрической формы с ниппельными гнёздами предназначены для электросталеплавильных и ферросплавных печей. Диаметр — от 75 до 555 мм, длина — от 1000 до 1700 мм. Ниппельные соединения бывают с цилиндрической (для диаметров до 200 мм) и конической (свыше 250 мм) резьбой. Данная продукция поставляется в комплекте с ниппелями.

Нормативная база

Угольные электроды для воздушно-дуговой резки и сварки выпускаются по ГОСТ 10720-75. Стандарт устанавливает три типа изделий: ВДК (воздушно-дуговые круглые), ВДП (воздушно-дуговые плоские) и СК (сварочные круглые). Электроды могут быть как с омеднённой поверхностью, так и без покрытия.

Графитированные электроды и ниппели для дуговых печей регламентируются ГОСТ 4426-80 (более поздняя редакция — ГОСТ Р 57613-2017). Для руднотермических печей действует ГОСТ Р 70858-2023.

Эксплуатационные свойства графитовых электродов

Графитовые электроды обладают рядом свойств, определяющих их выбор для конкретных технологических задач:

• высокая электропроводность — удельное электросопротивление графита в 5–6 раз ниже, чем у электротехнического угля, что позволяет работать с повышенной плотностью тока;
• термическая стойкость — электроды не растрескиваются при нагреве, при этом прочность графита при повышении температуры возрастает;
• химическая стойкость — устойчивость к окислению и воздействию агрессивных сред, включая хлорсодержащие соединения;
• лёгкость механической обработки — графит без затруднений режется и затачивается до требуемой формы наконечника;
• минимальный расход — стержень относится к неплавящимся, убыль массы происходит только за счёт испарения в зоне дуги.

Перед началом работы рабочий конец электрода затачивают. Угол заточки — около 60°. Сварку ведут, как правило, на постоянном токе прямой полярности.

Особенности сварки меди графитовым электродом

Одна из наиболее распространённых задач, для которых применяется графитовый электрод, — сварка медных проводов и шин. Температура сублимации графита (~3500 °C) более чем в три раза превышает температуру плавления меди (1083 °C), благодаря чему электрод остаётся целостным в процессе работы.

Дуга возбуждается кратковременным касанием электрода к скрутке проводов. Контакт должен быть коротким — порядка 1–2 секунд, чтобы медь оплавилась, но изоляция на прилегающих участках не пострадала. Для отвода избыточного тепла к месту выхода скрутки из изоляции присоединяют теплоотводящий зажим.

Ориентировочные значения силы тока при сварке медных жил приведены в таблице (конкретные параметры зависят от оборудования и условий).

Следует учитывать, что при сварке графитовым электродом возможно некоторое повышение содержания углерода в зоне соединения. Для электромонтажных работ это, как правило, не критично, но при ответственных соединениях данный фактор необходимо принимать во внимание.

Формы поставки

Графит для сварки поставляется в следующих формах:

• круглые стержни диаметром от 3,2 до 25 мм, длиной 250–430 мм — для ручной сварки и строжки;
• плоские электроды различного сечения — для воздушно-дуговой строжки;
• графитовые стержни произвольных размеров — для изготовления электродов и других технических нужд;
• графитированные электроды с ниппелями — для дуговых печей.

Стержни поставляются как с омеднённой поверхностью, так и без покрытия. Упаковка — картонные коробки или деревянные ящики, в зависимости от объёма партии.