Электродуговая сварка осуществляется двумя типами электродов: плавкими и неплавкими. Вольфрамовые электроды являются неплавкими, то есть не расходуются в процессе сварки, становясь частью материала шва. Они служат только для того, чтобы подвести электрический ток к месту горения электродуги. Добавки к материалу электрода — металлу вольфраму используются для оптимизации свойств для работы с теми или иными сплавами.
Содержание
Способ применения
Изделия используются для сварки под флюсом или в атмосфере защитных газов, прежде всего- аргона. Вольфрам – наиболее тугоплавкий металл, поэтому он подходит для сваривания всех остальных. При посредстве аргонной сварки сваривают цветные и легкие металлы. Другими способами варить титановые сплавы практически невозможно.
Вольфрамовый электрод вставляется в горелку, через нее подается защитный газ и напряжение на электрод. На заготовку подключают второй кабель, и электрическая цепь замыкается через воздушный промежуток между кончиком вольфрамового стержня и заготовкой. В нем и поджигается электродуга. Облако защитного газа вытесняет воздух, не допуская контакта между кислородом и азотом воздуха и расплавленным металлов в сварочной ванне. Сбоку в рабочую зону вводится пруток присадочного материала.
Сварщик держит горелку правой рукой, а пруток- левой. Их следует вести вдоль линии шва синхронно, поддерживая достаточное для формирования материала шва поступление металла прутка в сварочную ванну. Для этого необходима идеальная координация движений.
В качества источника тока используют:
Многофункциональные инверторы вытесняют морально устаревшие источники тока. Они поддерживают разные режимы полярности: прямую, обратную и переменный ток.
При работе переменным током в дополнение к источнику тока подключается высокочастотный осциллятор. Подаваемые им в рабочуюю цепь высокочастотные импульсы помогают разжечь дугу и поддерживать ее стабильность.
Сферы использования различных марок
В зависимости от материала стержня каждая марка имеет свою предпочтительную сферу использования. Чтобы отличать марки, принята международная система наименований и цветной маркировки.
- WP – зеленый. Состоят из практически чистого вольфрама (99,9%). для работы переменным током. Подходит для соеинения Al, Mg, Ni, Cu и их сплавов.
- WC 20 – серый. Для сварки постоянным током прямой полярности нержавейки и легированных сплавов, Mo, Ta, Ti.
- WL – синий. Применяются для работы прямой полярностью и переменным током. Рекомендованы для наплавочных работ, сварку тонколистовых деталей из стальных сплавов.
- WZ – белый. Для сваривания переменным током. Оптимизированы для Al, сплавов AL-Cu, Mg, Ni в различных комбинациях.;
- WT 20 – красный. Рекомендуются для работы постоянным током обратной полярности по легированным сплавам, Cu, Ni, Ti.
Применение электродов не по назначению весьма рискованно. Оно вдет к снижению прочности шва и повышенному расходу энергоресурсов и сварочных материалов.
Критерии выбора
Вольфрамовые электроды, используемые для аргонодуговой сварки, различаются по цветам наконечника. При подборе электродов следует исходить прежде всего из материала соединяемых заготовок. Различия и характеристики разных марок сведены в таблицу.
Необходимо учитывать такие параметры, как:
- химический состав, присадки;
- диаметр стержня;
- форма заостренного конца;
- степень заточки.
Диаметр выбирается, исходя из толщины заготовок.
Маркировка и характеристики
Маркировка проводится в соответствии с DIN EN 26848 и соответствующим ему ГОСТу 23949-80.
Начинается маркировка с литеры — W- это символ вольфрама в Периодической системе элементов. Следующий символ- указывает на присадки, добавленную к вольфраму. Добавки применяются, чтобы улучшить одно из свойств:
- плавкости;
- легкость розжига дуги;
- электропроводимость;
- прочностные параметры.
Следующее число выражает массовую долю этой присадки в тысячных долях. Так, число 10 будет означать 1% добавки. Второе из чисел означает длину стержня. Используются длины в 50, 100, 150, 175 мм. Дополнительно используется цветовая метка-наконечник.
WP
Стержень из чистого вольфрама отличается слабой разжигаемостью дуги и малом сроком службы. Не выдерживает сильных токов.
Режимы сваивания меди маркой WP.
WZ-8
Присадки циркония несколько упрощают розжиг, позволяют увеличить срок работы. Используются при сваривании алюминия и других легких металлов переменным током с ассиметричным фазовым профилем.
WT-20
Торированные. Несмотря на малую массовую долю, торий, являющийся радиоактивным элементом, представляет собой серьезную угрозу здоровью сварщика, особенно при продолжительной работе.
[stextbox id=’alert’]При работе необходимо организовать качественную вытяжку, работать в плотной одеже и респираторе. Рекомендовано применение сварочной маски с изолированным воздухоснабжением.[/stextbox]
Использование тория позволяет продлить срок службы электрода по сравнению с чисто вольфрамовым. Увеличивается также и максимальная сила тока; легко разжигается дуга.
WY-20
В качестве добавки используется диоксид иттрия. Этот редкоземельный металл дает возможность значительно повысить силу сварочного тока и не опасен для здоровья. Используется для сваривания заготовок большой толщины сильными токами.
WC-20
В качестве присадки используется церий. Он не радиоактивен, и позволяет существенно улучшить основные характеристики, прежде всего, розжиг дуги и срок службы. Повышается и максимальный сварочный ток.
Режимы для соединения титановых заготовок.
WL-15 и WL-20
Использование лантана дало возможность создать универсальный электрод, пригодный для переменного и постоянного тока. Такие стержни особенно хорошо держат форму заточки острия, давая больше возможностей для работы без перерывов.
Рабочие режимы, рекомендуемые для стержней марки WL.
Кроме международного обозначения, встречаются и традиционные отечественные обозначения. К ним относятся:
- ВЛ/ЭВЛ-2 с 2 % лантана, универсального применения;
- ЭВИ-1/СВИ-1 с 1% диоксида иттрия, рекомендован для нержавейки, Ti, Cu и конструкционными углеродистыми сплавами.
Иттрированные электроды используются на постоянном токе.
Категории
Классификация изделий подразумевает разделение их на три основных типа:
- Для переменного тока. Постоянное изменение полярности предохраняет от образования на поверхности сварочной ванны оксидной пленки. Используется для соединения легких металлов.
- Для постоянного тока. Пригодны для соединения Cu, Fe, Ni, Ta и сплавов в различных комбинациях.
- Универсальные. Могут достаточно хорошо работать как на переменном, так и на постоянном напряжении. Применяются для сварки широкого диапазона металлов и их сплавов.
Универсальные электроды используются для монтажа магистральных трубопроводов. Они не прожигают тонкие листы и дают высокое качество шва.
Заточка
Форма острия электрода влияет на стабильность и энергетику электрической дуги. Они, в свою очередь, определяют размеры сварочной ванны, глубину и ширину получающегося шва.
Кроме параметров заготовок, при выборе формы заточки учитывают и тип электрода. Общая форма для всех электродов — это конус под острым углом уклона. Для марок P, L на кончике конуса формируют небольшой шарик. Это позволяет выдерживать большие термические нагрузки. Для стержней с добавкой тория (марки Т) формируют лишь небольшой полукруглый выступ.
Машинка, применяемая для закточки эдектродов.
Заточку осуществляют несколькими методами:
- ручная заточная машинка;
- электроточило;
- специализированный станок;
- химическим воздействием.
Во время сварки вольфрамовый стрежень не плавится, как плавкие электроды. Но некоторое выгорание его происходит. Поэтому время от времени заточку кончика нужно проверять и при необходимости затачивать его повторно.
Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (TIG)
Технология получения сварных соединений в защитной атмосфере инертных газов обладает рядом достоинств. Среди них:
- высокая прочность и долговечность шва;
- стабильность глубины проплавления;
- высокая производительность;
- пригодность для сварки тонких заготовок;
- работа с цветными металлами, черными и нержавеющими стальными сплавами.
Сваривание неплавящимся электродом, изготовленным из вольфрама с определенными добавками, называется TIG (Tungsten Inert Gas). Она применяется для сваривания титана. Этот металл в нагретом состоянии приобретает повышенную химическую активность, реагируя с кислородом, азотом и водяными парами, содержащимися в воздухе. Защитная атмосфера препятствует контакту металла сварочной ванны и околошовной зоны с воздухом и защищает его от окисления.
Неплавящийся электрод создает электрическую дугу. Для формирования материала шва используется пруток присадочного материала, который сварщики подает в рабочую зону левой рукой. Пруток плавится от тепла, создаваемого дугой, и стекает в сварочную ванну, смешиваясь с расплавленными кромками заготовок.
Температура плавления вольфрама в 3400оС позволяет сваривать любые металлы и их сплавы. В качестве защитного газа применяют углекислый газ, аргон, и гелий, а также их смеси.
Наиболее эффективную защиту осуществляет гелий. Он обходится дорого, поэтому его применяют только для самых ответственных швов и особо активных металлов.
Аргон существенно дешевле, это наиболее массовый защитный газ, применяемый по нержавеющей стали и цветным металлам, и их сплавам.
Низколегированные сплавы варят в защитной атмосфере углекислого газа, он еще дешевле и позволяет получать соединения хорошего качества.
Современное оборудование, используемое при дуговой сварке в аргоне, позволяет с высокой точностью регулировать сварочные режимы. Это помогает достигать цели — оптимальных характеристик дуги. Это позволяет получать высококачественные швы на изделиях самых разных толщин и пространственных конфигураций. Особенно важно это в таких отраслях, как:
- аэрокосмическая;
- пищевое машиностроение;
- медицина;
- производство вооружений;
- атомное и химическое машиностроение.
При сварке заготовок из алюминия на поверхности сварочной ванны постоянно образуется оксидная пленка. Это тугоплавкое соединение мешает нормальной сварке. Чтобы разрушить оксиды, ведут сварку переменным током. Постоянное изменение полярности не дает образоваться пленке.
Используют ассиметричную форму импульса: положительная полуволна разогревает металл, а отрицательная – разрушает оксидную пленку. Особенно важно подавать газ в рабочую зону за несколько секунд до поджига дуги и прекращать подачу после завершения шва с некоторой задержкой, чтобы дать шву остыть в защитной атмосфере.
[stextbox id=’alert’]Аргон, используемый для сварки, должен отвечать жестким требованиям по своим физико-химическим свойствам. Он должен иметь нормированную долю примесей и быть полностью обезвожен.[/stextbox]
Необходимо качественно подготовить заготовки к сварке: разделать кромки шва, зачистить и обезжирить сварочную зону.
Аргонодуговая сварка проходит обычно на медных подкладных пластинах, защищающих шов от контакта с воздухом с обратной стороны и не дающих расплаву вытекать вниз
Плавящимся электродом
Кроме широко применяемой технологии TIG используется и способ сварки в аргоновой среде плавящимся электродом. При этом отпадает необходимость вручную подавать в сварочную зону присадочный материал. Для этого используется специальное сварочное оборудование- полуавтоматический аппарат.
Присадочный материал в виде проволоки непрерывно подается специальным механизмом в зону сварки. Проволока с бобины проходит через подающие ролики и далее через рукав в горелку. По тому же рукаву проходит и защитный газ, и электрический кабель. Сварщик не должен следить за синхронностью движения горелки и прутка присадочного материала, а может полностью сосредоточиться на точности выполнения рисунка шва.
Такая технология не требует настолько высокой квалификации и опыта от сварщика, как технология TIG. Производительность работы полуавтоматом также значительно выше, поскольку не нужно делать перерывы для замены присадочного прутка. Проволоки на бобине хватит на самый длинный шов.
Заключение
Вольфрамовые электроды используются в аргонодуговой сварке. Она позволяет быстро и прочно сваривать практически все известные металлы и их сплавы. Для улучшения свойств электродов в них добавляют различные присадки. Кончик стержня необходимо периодически затачивать для сохранения его свойств и обеспечения высокого качества шва.
