Производство электродов: современные технологии

Заводы сварочных материалов

На специализированном сайте «Энциклопедия промышленности России» приводится список из 23 заводов. Опять же, некий RemStroyBlog выложил «Топ-25 российских заводов». Можно предположить, что «в тени» спряталось еще больше.

В списке «ЭПР» есть гиганты отрасли, производящие десятки тысяч тонн продукции в год, и совсем небольшие, пятьсот- шестьсот тонн в год.

В этом списке есть заводы, прекратившие деятельность. Например, Сычевский электродный завод «СЭЗ». Выпускал электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, для наплавки, для резки и строжки, для сварки чугуна, легированных конструкционных и легированных теплоустойчивых сталей. В числе потребителей продукции были ОАО «Газпром» и его подразделения, Транснефть, Лукойл, Беларусьнефть, Сургутнефтегаз, предприятия атомной энергетики и нефтехимические предприятия. Не стало Сычевского завода, хотя RemStroyBlog позиционирует его в десятке лучших.

Не существует заводов сварочных материалов на восток от Новосибирска. Еще бы, ведь «Энергопром – Новосибирский электродный завод» с годовым производством в 130 000 тонн удовлетворяет все потребности всех потребителей, вплоть до Владивостока и Анадыря.

Расположенное в Омске микропредприятие ЗАО «Омский электродный завод», с кратким списком продукции узкоспециального назначения, процветает со своими 100 тоннами в год.

Из Топ-10 мировых производителей, первые четыре давно и надолго обосновались в России. Это «ESAB» (Швеция), «Kobe Steel» (Япония), «Klokner and Co SE» (Германия) и «Capilla» (Италия).

Некоторые «иностранные партнеры», не ограничиваясь простыми поставками в рамках торговых отношений, активно скупают российские предприятия. Вот и прояснилась загадочная судьба Сычевского ЭЗ. Он теперь российское подразделение концерна «ESAB».

Больше производителей приведено у нас на этой странице.

Виды угольных электродов

Нормативной базой для производства отечественных угольных электродов является ГОСТ 10720-75, содержащий описание трех типов таких изделий: ВДК, ВДП, СК, — которые могут выпускаться как омедненными, так и без покрытия. ВДК (воздушно-дуговые круглые) должны изготавливаться длиной 300 мм и четырех типоразмеров по диаметру. СК (сварочные круглые) — длиной 250 мм и шести типоразмеров по диаметру. ВДП (воздушно-дуговые плоские) — длиной 350 мм и двух сечений. По запросу заказчика разрешается изготавливать изделия СК с линейным размером до 700 мм.

Кроме отечественных электродов на российском рынке представлена продукция известных международных сварочных брендов и производителей из Восточной Азии. Шведский концерн ESAB предлагает свыше двадцати видов омедненных угольных электродов. Кроме изделий, используемых для сварки на постоянном токе прямой полярности, в номенклатуре ESAB присутствуют четыре типоразмера для сварки на переменном токе

А известный немецкий производитель сварочных принадлежностей ABICOR BINZEL, рекламируя свою продукцию, акцентирует внимание на том, что она изготовлена из «синтетического графита» (т. е

графитированного углерода). Вполне вероятно, что эти изделия спрессованы из порошка, полученного из остатков и лома металлургических графитированных электродов.

Как правило, они представляют собой прямоугольные стержни толщиной 10, 20, 30 и более миллиметров и применяются для объемных работ на больших сварочных токах: разделке металлургического лома, устранении прибылей на отливках, сквозной резке толстого металла и пр.

Наиболее популярные марки

Чтобы лучше разобраться в свойствах графитовых электродов и в том какие расходники можно купить, давайте рассмотрим несколько самых популярных марок.

ЭГ

Графитированные электроды, сделанные из нефтяного кокса и угольного пека. Предназначены для работы с плотностью тока не более 25 А/кв. см. Некоторые производители поставляют стержни с ниппелями. Электроды применяются в электродуговых аппаратах и руднотермических печах. Чаще всего встречаются модели ЭГ 1 И ЭГ 2. Они отличаются между собой сопротивлением.

ЭГС

Стержни делаются из каменного пека и игольчатого кокса. Они применяются в сталеплавильных производствах и рафинировочных устройствах.

ЭГП

Электроды предназначены для резки. Они состоят из нефтяного кокса и каменноугольного пека. Материалы дополнительно пропитываются пеком. Их используют в ферросплавных печах и металлолитейной отрасли.

ЭГСП

Основой этих стержней является игольчатый кокс со специальной пропиткой каменноугольного пека. Их применяют на электротермических устройствах и электродуговых аппаратах. В зависимости от диаметра меняется сопротивление электродов. Марка представлена 2 моделями ЭГСП 1 и ЭГСП 2.

Результаты измерений ТКЛР графитированных электродов и ниппелей

Выбор геометрии ниппельного гнезда лишь частично может решить вопрос разницы ТКЛР материала ниппеля и электрода. На ТКЛР и анизотропию ТКЛР оказывает влияние совершенство структуры кокса — оценка микроструктуры (балльность).

На рисунке 5 приведена зависимость ТКЛР электродов, измерение в интервале температуры (20-520) оС параллельно оси прессования, от оценки микроструктуры, используемого при их изготовлении кокса. Наблюдаем обратную зависимость между этими параметрами.

Рис. 5 – Зависимость ТКЛР графита от оценки микроструктуры используемого кокса

При увеличении анизометрии зерен кокса, возрастает анизотропия ТКЛР изготавливаемого из этого кокса электрода. В направлении параллельном оси ТКЛР снижается, перпендикулярно оси, соответственно, возрастает.

Графитированные электроды и ниппели на основе кокса различной природы и марок, полученные методом экструзионного прессования, имеют температурный коэффициент линейного расширения в направлении, перпендикулярном оси прессования выше, чем в направлении, параллельном оси прессования, что обусловлено преимущественной ориентацией кристаллографической оси «с» графита в направлении перпендикулярном оси зерна кокса.

Так же на анизотропию ТКЛР влияют гранулометрический состав, условия прессования, пропитка

С укрупнением гранулометрического состава исходной шихты ТКЛР в направлении, параллельном оси прессования, увеличивается, в перпендикулярном – уменьшается. Анизотропия ТКЛР снижается.

Дополнительная пропитка обожженной заготовки пропиточным пеком увеличивает прочностные свойства графитированных материалов, но при этом увеличивается ТКЛР. Поры уменьшают ТКЛР материала, что обусловлено частичной компенсацией расширения кристаллитов в направлении кристаллографической оси, порами.

На рисунке 6 приведены результаты измерения относительного удлинения электродов O 600 мм на основе различного кокса и ниппеля Н317Т4 на основе ниппельного кокса (кокс 6), на рисунке 7 – ТКЛР этих же электродов и ниппеля.

Рис. 6 — Относительное удлинение графитированных электродов диаметром 600 мм в интервале температур

Рис. 7 – Технический ТКЛР в интервале температур

Материал электродов на основе кокса 3 и 5 имеет ТКЛР в среднем на 17% ниже, чем материал на основе кокса 2, в исследуемом диапазоне температуры.

Использование результатов измерений ТКЛР для расчета геометрии ниппельного гнезда

Для надежной и безаварийной работы графитированных электродов, особенно крупногабаритных, в условиях интенсификации производства необходимо обеспечить:

• полную взаимозаменяемость ниппельного соединения;
• нужную плотность стыка при свинчивании;
• сохранение плотности стыков при вибрациях в процессе эксплуатации электродов;
• достаточную прочность стыка, защищающую его от поломок.

Для точной сборки большого числа электродов их резьба должна быть полностью взаимозаменяемой. Эта взаимозаменяемость может быть достигнута путем разработки системы допусков и обеспечением контроля резьбы соответствующими методами и средствами измерений.

Наиболее распространенными средствами измерений резьбы графитированных электродов и ниппелей являются измерительные резьбовые кольца, с применением которых появилась возможность оперативно получать фактическое значение среднего диаметра резьбы электрода и ниппеля, отклонения которых существенно влияют на качество ниппельного соединения.

Основным фактором, отрицательно влияющим на работоспособность и эксплуатационную стойкость ниппельного соединения, являются зазоры, возникающие между торцами электродов, а также между ниппелем и ниппельным гнездом вследствие неточности их изготовления. Для определения наибольших величин зазоров необходимо знать предельные отклонения среднего диаметра резьбы ниппельного гнезда и ниппеля, то есть поля допуска на средний диаметр резьбы.

Для определения оптимальных зазоров в ниппельном соединении были произведены расчеты изменения среднего диаметра резьбы ниппеля и ниппельного гнезда с учетом ТКЛР в диапазоне температур от 20°С до 2800 °С (см. рисунки 6 и 7).

Расчет производился по формуле:

По результатам оценки зазоров и натягов в ниппельном соединении принимается решение об изготовлении ниппельного соединения или корректируются исходные данные.

Конечная цель – обеспечить комплектацию электродов ниппелями с размерами и допусками электрода и ниппеля, которые обеспечивают оптимальную посадку, рассчитанную на фактических значениях ТКЛР электрода и ниппеля.

Рис.8. Расчет средних диаметров ниппеля и ниппельного гнезда

Технология производства сварочных электродов

Прежде чем познакомиться с производством сварочных электродов, стоит узнать о существующих видах сварочных материалов.

Сварочный электрод представляет собой стержень, изготовленный из металла или другого электропроводного материала. Его назначение – подведение тока к рабочему изделию. Существует две группы сварочных электродов:

• металлические: плавящиеся и неплавящиеся. К последним относятся: торированные, итрированные, лантанированные и вольфрамовые. Их используют в контактной или точечной сварке; 
• неметаллические электроды – только неплавящиеся –графитированные или угольные. Сравнительно недавно появилась новая технология, с помощью которой возможно изготовление электродов для порошковой металлургии. Они позволяют проводить сварку и наплавку в полевых условиях и на открытых строительных и производственных площадках. 

Основные этапы изготовления электродов

В изготовлении электродов выделяют несколько технологических этапов:

• приготовление электродной проволоки. Она режется на заготовки заданной длины. Этот процесс проводят на правильно-рубильных станках; 
• приготовление обмазки: заключается в изготовлении специальной массы, состоящей из двух частей – сухой и связующей. В качестве связки используется жидкое стекло. Для обмазки обмакиванием готовится смесь консистенции сметаны. Для опрессовки обмазка должна иметь структуру сырой почвы;
• нанесение обмазки на проволоку. Существует два способа изготовления электродов – обмакиванием и опрессовкой. Эти способы отличаются друг от друга способом обмазки. От того, какой способ используется, каждый этап изготовления электродов будет иметь свои особенности. При обмакивании электродная заготовка погружается в емкость с обмазкой и медленно достается. Такой метод применяется на мини-производствах. Суть опрессовки заключается в проталкивании заготовки через электродный пресс. Под высоким давлением обмазка в цилиндре установки наносится на электроды. Затем они через специальные отверстия протаскиваются вместе с обмазкой. Этот метод более современный и совершенный, так как имеет высокую производительность и после него не требуется просушки электродов; 
• сушка и прокаливание электродов. Сушка необходима после обмакивания электродов в обмазке, которая становится прочной и крепко держится на заготовке. Прокаливание электродов проводится в специальных печах при температуре 300-400С, а для органических обмазок – до 180С;
• после сушки и прокаливания электроды осматриваются на наличие дефектов.

Изготовление электродов в домашних условиях

Рассмотрев основные технологические этапы и способы изготовления сварочных электродов можно обосновать идею бизнеса по изготовлению этой продукции. Выбор идеи для бизнеса вполне оправдан, так как он потребует небольших финансовых вложений на этапе открытия производства.

Производство электродов опрессовочным способом

Продукция, полученная методом опрессовки, максимально соответствует требованиям, предъявляемым к подобным расходным материалам. Для изготовления электродов для контактной сварки, проводимого методом опрессовки, необходима технологическая линия средней мощности. В ее составе:

• гэп – гидравлический электродообмазочный пресс;
• дробильно-мельничная установка;
• дозатор и смеситель для обмазки;
• пресс для брикетирования стержней;
• механизм для зачистки и транспортировки;
• маркировочное устройство;
• правильно-отрезной станок;
• станок для упаковки готовой продукции.

Производство графитированных электродов

Графитированные электроды производство которых более сложное, чем опрессовка, требует большого расхода электроэнергии и технологически сложного и дорогостоящего оборудования. Поэтому электроды получаются более дорогостоящими. Они изготавливаются из многокомпонентного состава:

• нефтяного кокса с малым содержанием золы – 85%;
• электродного боя – 15%;
• связующего компонента – каменноугольного пека.

Процесс производства графитированных электродов занимает много времени. На обжиг электродной массы на заготовках затрачивается от 12 до 30 дней при высокой температуре.

Советуем прочитать:

• производство стеклопластиковой арматуры
• бизнес-план по производству пенопласта
• организация производства пластиковых труб
• производство светодиодов
• производство асфальта

Самоспекающиеся электроды

Основными преимуществами самоспекающихся элек­тродов при производстве ферросплавов являются возможность изготовления электродов большого диаметра и их низкая стоимость (они в три раза дешевле графитированных и в полтора раза дешевле угольных).

Рис. 44. Распределение температуры в самоспекающихся электродах,°С

Самоспекающийся электрод представляет собой за­полненный электродной массой металлический кожух с внутренними ребрами, выполненный из листового железа толщиной от 1,25 до 3 мм. Кожух, изготавливаемый из отдельных секций длиной 1,4—1,8 м, служит формой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления воздухом, обеспечивает прохождение электриче­ского тока от электрододержателя к обожженной части электрода, а также усиливает передачу тепла к верхней части электрода. Спекание и обжиг электродной массы протекают в печи.

На рис. 44 показано примерное распределение темпе­ратуры в электроде в области электродного зажима. Первая стадия обжига массы на длине ~ 1 м состоит в нагреве ее с 25 до 65° С, в результате чего кусковая мас­са размягчается и сливается в блок (если масса загру­жалась в твердом виде без предварительного подогрева).

На втором участке длиной также ~ 1 м температуру массы повышают от 60 до 200° С у кожуха и до 350° С в центре электрода, образуя так называемый конус спе­кания. Под контактные щеки масса поступает еще плас­тичной. На последней стадии обжига, под щеками, на участке длиной ~ 1 м, температуру массы повышают до 800° С и из-под щек электрод выходит обожженным.

В зависимости, от особенностей технологического ре­жима (уровень колошника печи, длина рабочего конца электрода, температура охлаждающего воздуха и т. п.) отмеченное распределение температуры может менять­ся. Нижний торец электрода, работающий в зоне высо­ких температур, подвергается графитизации.

Достоинства графита, принцип сварки проводов

Особенностью этого вида электродов является их способность проводить ток и при этом не плавиться, что свойственно электродам иных типов. Графитовый электрод может выпускаться с разными формами наконечников, различной длины. Бывает обычный или омеднённый (имеющий медное покрытие, до 5% состава). Среди достоинств этого вида электродов выделяют следующие:

• невысокая цена, доступность, медленный расход;
• материал стержня не прилипает к соединяемым элементам;
• графит нагревается до температуры плавления металла очень быстро;
• для появления дуги достаточно тока 5–10 А.

Кроме того, если сварка медных проводов осуществляется графитовым электродом, то получаемое соединение получается устойчивым к коррозии и термостойким, а сами электроды не склонны к образованию трещин в процессе работы.

Для того, чтобы не допустить плавления изоляции проводов к месту выхода скрутки из изоляции присоединяют металлический радиатор (чаще всего медный, поскольку медь имеют высокую теплопроводность). Тепло от скрутки отводится за счёт большой площади контакта. Перед сваркой медных проводов их нужно подготовить, очистить от изоляции и/или лакового покрытия. Скрутку нужно делать плотно, чтобы витки тесно прилегали друг к другу, длина скрутки должна составлять 5-6 см. Концы проводов должны быть отрезаны на одинаковом расстоянии, чтобы ни один из них не оказался вне зоны действия сварки.

В месте крепления радиатора к проводам присоединяется зажим «массы» аппарата, после чего к обрезанным краям подносится графитовый электрод. Контакт должен быть кратковременным, не более 1 секунды. После прекращения контакта на конце скрутки образуется шарообразный участок расплавленной меди.

Технология создания скруток с последующей сваркой

К участку, где скрутка выходит из изоляции, необходимо подсоединить металлический радиатор — это помогает не допускать плавления изоляции. Чаще других выбирают элементы из меди. Она обладает высокой теплопроводностью. Перед тем как начинать варить жилы проводов, надо выполнить подготовку.

Такие предосторожности облегчают сваривание скруток жил проводов с электродами для любых металлов

Алюминиевые провода

Соединение алюминиевых проводов проводят с помощью флюса. Это порошок, помещенный внутрь проволоки, который способен расплавлять и продуцировать защитный газ. При таком способе сварные кромки защищены от окисления из-за контакта с кислородом.

Силу тока для проведения сварочных работ выставляют с использованием регулятора. Опытные мастера при выполнении соединений могут просто выжидать нужное время для удержания дуги.

Медные жилы

При выполнении скруток из медных жил концы их отрезают на одном и том же расстоянии.

Там, где радиатор будет фиксироваться к проводам, нужно присоединять зажим массы агрегата, затем подносить к подрезанным краям графитовый электрод. Контакт при этом не должен занимать много времени — оптимальной длительностью считают секунду. За этот период воздействия на месте окончания скрутки формируется расплавленный медный шарик.

Состав электродов из графита и качественные свойства

Электроды для сварки из графита сконструированы из 2 рабочих частей, между которыми размещена прокладка. В состав основных элементов может входить прессованный уголь, алюминий и т.д. Особенность графитовых электродов заключается в способности без задержки проводить ток, стойком выдерживании повышенной температуры.

Прочие достоинства материалов таковы:

1. Доступная цена.
2. Не прилипают к изделиям при прогревании.
3. Стойкость к появлению трещин.
4. Небольшой период нагревания.
5. Чтобы образовалась стойкая полноценная дуга, хватает силы тока в 5-10 А.
6. Соединение термостойкое, не портится под действием коррозии.

Для проведения работ с использованием графитовых электродов могут применяться сварочные аппараты инверторного типа.

С примесью угля

Электроды из графита могут иметь в составе уголь или кокс с особым содержанием. У качественных изделий правильная форма, поверхность лишена трещин и дефектов. Во время проведения сварки они не растрескиваются.

Работу с использованием таких электродов осуществляют при постоянном токе прямой полярности. Дуга получается стойкой, длина — 6-15 мм. Угольные изделия для улучшения свойств и расширения области применения можно подвергнуть графитированию методом термообработки.

С добавлением меди

Для сваривания элементов из меди используется модификация с названием «карандаш». Это медно графитовый электрод, который производят в разных видах:

1. Круглый — подходит для работы во многих сферах.
2. Бесконечный, применяемый в качестве экономичного варианта.
3. Плоский — с квадратным или прямоугольным сечением.
4. Полукруглый — подойдет для выполнения резки.
5. Полый — удобен для формирования канавок, строжки.

Разнообразие модификаций допускает расширение области использования изделий.

Плюсы и минусы использования

У графитного электрода можно перечислить такие достоинства:

1. Повышенная стойкость к влиянию тока.
2. Хорошая электропроводность, обеспечивающая минимум потерь расходных материалов.
3. Нет окисления при повышении температуры, что увеличивает срок службы электрода.
4. Не требуется применять при работе специальные держатели — достаточно простых.

Недостатки:

1. Действие изделий ограниченное, для использования в особых условиях надо приобретать дополнительные материалы с разной формой наконечников.
2. Диаметр стержней — от 6 мм, поэтому при необходимости выполнить тонкое соединение возникают сложности.

При выборе электродов надо руководствоваться условиями, в которых предстоит их использовать. Если свойства графитовых не подходят для выполняемых работ, нужно найти другой вариант.

В чем основные отличия угольного от графитированного стержня?

В конце статьи рассмотрим основные различия этих двух видов электрода. В начале нужно отметить, что графитовые стержни практичны при использовании и работе с проводами.

Они обрабатываются проще угольных, в результате выходят гибкие соединения. У угольных изделий присутствует хороший уровень качества и прочности.

Однако высокое сопротивление делает их электропроводность меньше. Для применения угольного стержня требуется специальное оборудование, что делает процесс сварки немного сложнее.

Эти два вида электродов еще можно отличить по окрасу: угольные имеют черный цвет, графитовые -серый.

Бой графита как круговорот этого материала в промышленном производстве

Различают несколько видов графитного лома. Отходы материала, полученные в процессе прессования, называют зеленым боем графита. Его особенность в том, что после измельчения вторичный материал реализуется исключительно под производство идентичной продукции. Так лом, происходящий от прессования графита OK Carbon длиной 305 мм, не может быть задействован при изготовлении изделия другой марки или размера. Это обусловлено соблюдением гранулометрического состава продукции. Поэтому, после измельчения до кусков, не превышающих 15 мм, «зеленую» разновидность вторичного графита возвращают к однотипным компонентам.

Графитированные электроды

Вторая разновидность углеродного лома представлена отходами потребления электродов и фасонной продукции. Основная сфера использования такого боя – производство измельченного графита. Этот материал последствие играет роль науглероживателя черных металлов: чугуна, стали. Альтернативная область реализации производство аналогичной по профилю боя продукции. Там отходы используются как наполнитель. Различают три марки этой разновидности боя графита, параметры которых установлены ТУ 1911-109-73-2000. Они отличаются между собой предельными габаритами кусков, зольностью и удельным электрическим сопротивлением. Последние две характеристики растут со снижением размеров лома.

Эксплуатация электродов

Электроды необходимо транспортировать и хранить, не допуская попадания влаги и оберегая их от механи­ческих повреждений. Для предотвращения саморазвинчивания в процессе эксплуатации ниппельные соедине­ния графитированных электродов закрепляют, используя пробки из специальных паст, которые, расплавляясь и коксуясь при нагревании, обеспечивают надежное крепление. Перед установкой на печь электроды жела­тельно просушивать, а ниппельное гнездо должно быть продуто сжатым воздухом.

Хорошее свинчивание электродов в свечу обеспечи­вается при проведении этой операции вне печи на специальном стенде при помощи устройства, состоящего из опорного хомута, стягивающего хомута и механизма для создания крутящего момента, который должен состав­лять для электродов диаметром 350—400 мм около 2,45 кДж (250 кгс·м) и для электродов диаметром 500— 555 мм—примерно 4—5 кДж (400—500 кгс·м).

На стойкость электрода влияют не только его физи­ко-механические свойства, но и условия эксплуатации. На электрод, находящийся в рабочем пространстве, воз­действует большое число факторов, которые снижают его стойкость и увеличивают расход. К числу таких факто­ров относятся термические напряжения, связанные с неравномерным распределением температуры по длине и сечению электрода.

Заметное разрушение электродов происходит вслед­ствие попадания на его поверхность капель металла и шлака. Особенно этот процесс получает развитие при близком расположении электродов к поверхности ван­ны, что соответствует режиму при минимальном напря­жении. И, конечно, недопустимо науглероживание ме­талла путем опускания электродов в ванну.

Около 70% общего расхода электродов приходится на окисление. Поэтому большое значение для повышения стойкости электродов приобретает создание хорошего уплотнения между электродом и сводом. Излишнее использование кислорода, особенно при плохом усвоении его металлом, увеличивает расход электродов.

На расход электродов, кроме перечисленных факто­ров, влияют тип процесса, длительность плавления, сор­тамент выплавляемых сталей, емкость печи и т. д. Причиной облома электродов может быть плохая центровка электрододержателей, плохой контакт в ниппельном со­единении, неправильная завалка шихты и ее обвалы и т. п.

Необходимо стремиться к снижению расхода электродов, так как их доля в общей стоимости передела составляет заметную величину. Расход электродов колеблется в пределах 4—9 кг на 1 т выплавляемой стали. Нижний предел характерен для крупных печей при выплавке углеродистых сталей.

В случае применения самоспекающихся электродов транспортирование и хранение электродной массы должно производиться в условиях, исключающих возможность ее загрязнения. Набивку кожухов электродной массой производят без отключения печи, причем масса загружается как в твердом, в виде кусков размером не более 200 мм, так и в жидком состоянии. Набивка должна производиться не реже одного раза в сутки. Электрод сверху должен быть закрыт крышкой во избежание попадания в кожух пыли, что может привести к облому электрода в дальнейшем.

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.