ГРАФИТОВЫЙ (УГОЛЬНЫЙ) ЭЛЕКТРОД
GRAPHITE (CARBON) ELECTRODES

Изобретение относится к графитовым (угольным) электродам, которые применяются при сварке и резке металлов.
В технике известны графитовые (угольные) электроды, закрепленные в держателе для работы косвенной дугой и изолированные друг от друга воздушной прослойкой (см. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, стр.90-91, фиг.79).
Недостатком является сложность настройки положения рабочих концов электродов относительно друг друга по мере износа, что значительно снижает производительность электродуговой сварки.
Прототипом данного изобретения принят электрод, состоящий из двух частей, разделенных изолирующей прокладкой, состоящей из криолита. При этом на свободные концы подается «плюс» или «минус», а рабочие концы электрода соединяет металлическая перемычка (см. Сварка в СССР. T.1. Развитие сварочной техники и науки о сварке. Технологические процессы, сварочные материалы и оборудование. М.: Наука, 1981, стр.21). При подаче напряжения металлическая перемычка испаряется и между рабочими концами электродов возникает дуга.
Недостатком подобной конструкции электрода является то, что в случае выключения дуги по технологическим соображениям необходимо останавливать процесс сварки или резки металла, чтобы восстановить металлическую перемычку для зажигания дуги, а это, в свою очередь, ведет к потере производительности.
Техническая задача настоящего изобретения заключается в создании графитового (угольного) электрода, который легко включает сварочную дугу после ее выключения по технологическим соображениям без применения дополнительных устройств в виде металлических перемычек.
2
3
2
3
2
3
Техническая задача решается за счет того, что керамическая изолирующая прокладка из криолита содержит окись железа (FеO) и порошок алюминия (Al) или меди (Cu), или магния (Mg), металлов более активных по сравнению с железом (Fe), причем состав материала керамической изолирующей прокладки составляет: 40-50 частей окиси железа (FeO), 10-12 частей порошка алюминия (Al) или меди (Cu), или магния (Mg), металлов более активных по сравнению с железом (Fe), остальное - криолит. При этом размер частиц окиси железа (FeO) и алюминия (Al) или меди (Cu), или магния (Mg) составляет от 0.5 до 1 мм.
На фиг.1 показан графитовый (угольный) электрод предлагаемой конструкции, на фиг.2 показан графитовый (угольный) электрод в рабочем состоянии, на фиг.3 показан графитовый (угольный) электрод в режиме остановки.
2
3
2
3
2
3
Графитовый (угольный) электрод состоит из левой части 1 и правой части 2, разделенных керамической изолирующей прокладкой 3, содержащей криолит 4, частицы 5 окиси железа (FeO) и частицы 6 алюминия (Al), или меди (Cu), или магния (Mg), металла, более активного по отношению к железу. При этом состав материала керамической изолирующей прокладки включает в себя: 40-50 частей окиси железа (FeO), 10-12 частей порошка алюминия (Al), или меди (Cu), или магния (Mg), металлов, более активных по сравнению с железом (Fe), остальное - криолит. Размер частиц окиси железа (FeO) и алюминия (Al) составляет от 0.5 до 1 мм. Рабочие концы 7 и 8, соответственно, левой и правой частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода соединены металлической перемычкой 9. На рабочие концы 10 и 11 соответственно левой и правой частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода от источника питания 12 (генератора или выпрямителя) по проводам 13 подается рабочее напряжение, а также и через него - к обрабатываемому металлу 14. Контакты 15, 16, 17 и 19 необходимы для управления электрической дугой 18 (см. фиг.2), при выключении которой и охлаждении электрода между рабочими концами 7 и 8 в результате химической реакции образуется электропроводящая прослойка железа 20.
2
3
2
3
Графитовый (угольный) электрод предложенной конструкции работает следующим образом. При включении выключателя 16 и выключателя 15 (фиг.1) рабочее напряжение подается от источника (генератора или выпрямителя) питания 12 по проводам 13 на свободные концы 10 и 11 соответственно левой и правой частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода. В результате прохождения электрического тока большой плотности металлическая перемычка 9 испаряется, обеспечивая зажигание (фиг.2) электрической дуги 18 между частями 1 и 2 графитового (угольного) электрода, что обеспечивает (сварку, резку) обрабатываемого металла 14 косвенной дугой. Равномерный износ частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода исключает необходимость регулировки взаимного расположения концов 7 и 8 электродов, что способствует увеличению производительности. При размыкании контакта 16 (фиг.3) происходит отключение электрического тока, электрическая дуга 18 гаснет, но вблизи поверхности рабочих концов 7 и 8 частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода, в зоне температуры выше 1500°С, происходит расплавление и смешение частиц 5 окиси железа (FeO), алюминия (Al), или меди (Cu), или магния (Mg) в жидком криолите, при этом интенсивно протекает реакция восстановления алюминием (Al), или медью (Cu), или магнием (Mg), металлами, более активными по отношении к железу (Fe), окиси железа (FeO):
2
3
2
3
FeO+Al→Fe+AlO
2
3
FeO+Cu→Fe+CuO
2
3
FeO+Mg→Fe+MgO
В результате, при дальнейшем охлаждении электрода между рабочими контактами 7 и 8 соответственно левой и правой частей 1 и 2 графитового (угольного) электрода образуется прослойка 20 из железа, которая в дальнейшем, при замыкании контакта 16, испаряется, обеспечивая повторное зажигание электрической дуги 18. В таком режиме электрод может работать устойчиво, вплоть до полного сгорания. Надежное включение электрической дуги в процессе работы предложенного графитового (угольного) электрода делает работу сварщика комфортной и способствует повышению производительности. При технологической необходимости вести обработку прямой дугой, после зажигания электрической дуги 18, включатель 15 отключается, и включаются выключатели 17 и 19. От источника (генератора или выпрямителя) питания 12 «плюс» по проводам 13 подается на графитовый (угольный) электрод, состоящий из левой и правой частей 1 и 2 и который при включении выключателя 17 превращается в единый электрод, а «минус» по проводам 13 подается на разрезаемый металл 14.
2
3
2
3
2
3
Практика эксплуатации графитовых (угольных) электродов предложенной конструкции показала, что эффективно он работает, когда состав керамической изолирующей прослойки составляет: 40-50 частей окиси железа (FeO), 10-12 частей порошка алюминия (Al), или меди (Cu), или магния (Mg), остальное - криолит. Если состав изолирующей прокладки меньше нижнего предела, т.е. 40 частей окиси железа (FeO) и менее 10 частей порошка алюминия (Al), или меди (Cu), или магния (Mg), a остальное - криолит, то реакция восстановления железа алюминием не протекает и железная прослойка 19 между рабочими концами 7 и 8 не образуется, что, в свою очередь, не позволяет зажигать электрическую дугу 18 повторным включением контакта 16. Если же состав изолирующей прокладки 3 содержит более 50 частей окиси железа (FeO) и более 12 частей порошка алюминия (Al), а остальное - криолит, то начинается произвольная реакция восстановления железа, аналогичная термической сварке с большим выделением тепла и графитовый (угольный) электрод разрушается.
2
3
Размер частиц 4 частей окиси железа (FeO) и порошка алюминия (Al) в пределах от 0.5 мм до 1 мм также имеет практическое значение. Измельчение частиц менее 0.5 мм требует существенного увеличения затрат на выполнение этой операции, а в случае, если частицы крупнее 1 мм, затрудняется качественное перемешивание и получение эффективной керамической изолирующей прокладки 3.
Предложенный графитовый (угольный) электрод существенно облегчает работу сварщика и повышает производительность.