Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки

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.

Оборудование для сварки

Если используется электрод вольфрамовый для аргоновой сварки, необходим особый набор оборудования. Он включает:

• источник постоянного или переменного тока;
• горелки с установленным на ней неплавящимся электродом;
• ёмкости, в которые закачан инертный газ;
• рукава (шлангов) для подачи газа в рабочее пространство.

Электроды выполняют из вольфрама или его соединений. Температура его плавления составляет 3 380 градусов Цельсия, что позволяет использовать его для работы практически со всем металлами. Во время работы он не плавится, единственное, что требуется, — это выполнять заточку в соответствии с определёнными требованиями. Электрод устанавливают в горелку, при этом та часть электрода, которая не принимает участия в работе, защищается колпаком. Это необходимо для предотвращения его замыкания на массу.

На горелке установлена кнопка, которая подаёт газ и напряжение. На конце горелки установлено керамическое сопло. Из него выходит кончик электрода. К рукоятке горелки подсоединяют рукава, через которые подаётся газ.

После того как сварщик нажимает кнопку, начинается подача газа и электричества. Газ, поступающий из сопла, изолирует сварочную ванну от воздействия газов, содержащихся в атмосфере.

Особенности сварки алюминия и алюминиевых сплавов

При сварке ТИГ большинства металлов используется постоянный ток прямой полярности. Однако эти условия сварки неприемлемы, когда речь идет об алюминии и магнии. Обусловлено это наличием на поверхности этих металлов прочной и тугоплавкой окисной пленки. Алюминий характеризуется высокой химической активностью. Он легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, т.е. окисляется. При этом образуется тонкая плотная пленка из оксида алюминия (Al₂O₃). Своей высокой коррозионной стойкостью алюминий обязан именно этой пленке. Температура плавления чистого алюминия – 660 ºС, а температура плавления окиси алюминия более чем в три раза выше – 2030 ºС. Окись алюминия – это керамический материал, твердый и не электропроводный. При расплавлении алюминия он растекается крупными каплями удерживаемыми от слияния окисной пленкой. В случае если фрагменты пленки окажутся в закристаллизовавшемся металле шва, то его механические свойства ухудшаться. Таким образом, для того чтобы сварить вместе две алюминиевые детали, прежде всего, необходимо эту окисную пленку разрушить. Это можно выполнить:

– механически (однако, это практически невозможно, так как из-за высокой химической активности алюминия он тут же вступает в связь с кислородом, и новый слой окиси алюминия начинает образовываться. Причем, в условиях дуговой сварки при высокой температуре окисление алюминия и образование окисной пленки происходит еще более интенсивно);
– химической обработкой (довольно сложно и трудоемко);
– сваркой на обратной полярности;
– сваркой на переменном токе.

При подключении электрода к отрицательному полюсу (сварка на прямой полярности) изделию будет передаваться значительное количество тепла, однако пленка разрушаться не будет. Если полярность изменить и подключить электрод к положительному полюсу (сварка на обратной полярности), то тепла изделию будет передаваться меньше, однако, как только будет возбуждена дуга, окисная пленка начнет разрушаться (происходит, так называемая катодная очистка).

Существует две теории, объясняющие механизм разрушения окисной пленки на обратной полярности.

Катодное пятно, перемещаясь по поверхности сварочной ванны, приводит к испарению окислов алюминия, при этом эмиссия электронов с активных катодных пятен отталкивает фрагменты окисной пленки к краям сварочной ванны, где они формируют тонкие полоски.

Поток ионов обладает достаточной кинетической энергией, чтобы при столкновении с поверхностью катода разрушать окисную пленку (аналогичный эффект имеет место при пескоструйной обработке). В пользу этой теории говорит тот факт, что чистящий эффект выше при использовании инертных газов с более высоким атомарным весом (аргон)

Однако наряду с этим положительным явлением будут наблюдаться такие отрицательные последствия сварки на обратной полярности как перегрев электрода, на котором будет выделяться слишком много тепла (вызывая его перегрев), и низкое проплавление основного металла. Решением этих проблем является сварка на переменном токе. Комбинация прямой и обратной полярности позволяет использовать преимущества обоих полярностей; мы получаем и необходимое тепловложение (т.е. проплавление основного металла) в полупериоды прямой полярности и очистку поверхности от окиси алюминия (в полупериоды обратной полярности). Сварка на переменном токе этой частотой является идеальным процессом соединения всех типов алюминиевых и магниевых сплавов.

Маркировка и характеристики вольфрамовых электродов

Вольфрамовые электроды разделяют на классы, облегчающие работу сварщиков  по подборке прутков, подходящих под условия сварки. Так, чтобы получить качественный шов на постоянном токе прямой и обратной полярности нужны разные неплавящиеся электроды, а ведь есть еще и переменный ток. Эти и другие критерии и обуславливают существующую классификацию вольфрамовых стержней.

Все существующие обозначения электродов вольфрамовых подходят под международные стандарты DIN EN 26848 , а значит, независимо от места производства, согласно маркировке вы можете подобрать нужный материал.

Всегда первый символ в маркировке «W» – обозначающий металл вольфрам. Второй символ обозначает тип металла, или металлов. Первым числом идет число, обозначающее долю лигатур на 1000 долей вольфрама, то есть число 20 будет означать 2% примесей, 8 – 0.8% и так далее.  Второе число обозначает длину электрода, самым распространенным размером считается пруток 175 мм, но на рынке доступны изделия длиной 50, 175, 150 мм.

Чистые вольфрамовые электроды с трудом используют сварочные аппараты TIG, поэтому к сплаву добавляют различные примеси. Лигатуры нужны, чтобы придать электроду требуемых характеристик плавкости, дугообразования, проводимости, прочности и др.

• “WP” – международное обозначение электродов из чистого вольфрама, а точнее в таком изделии не меньше 99.5% металла. Как уже говорилось ранее изделие специфическое имеет ряд условий для использования и заточки. Маркируются зеленым цветом.
• “C” – данный символ в маркировке обозначает примесь Церия (нерадиоактивного редкоземельного металла). Маркируются изделия серым цветом. WC неплавящиеся электроды – универсальные и подходят как для работы с постоянным, так и с переменным током.
• “Т” — диоксид тория. Такие стержни маркируют красным цветом. Их используют для большей части работ с цветными металлами, низколегированными сталями, углеродистыми сплавами, нержавейкой. Благодаря длинному перечню доступных для работы сплавов ториевые стержни стали одними из наиболее используемых. Но есть один весомый недостаток, связанный с радиоактивностью лигатуры. Именно поэтому стержни маркируются ярким цветом. Чтобы избежать неприятных последствий рекомендую строго соблюдать все требования безопасности, начиная с использования защитной одежды и маски, заканчивая тщательной вентиляцией рабочего помещения. Еще один плюс WТ прутков – прочность, которая даже больше, чем сварка вольфрамовым электродом из чистого металла.
• “Y” — диоксид иттрия. Стержни применяемые при работах на прямой полярности постоянного тока, маркируются темно-синим цветом. Ими варят конструкции, которые должны выдерживать высокую силу тока. Подходит электрод Y неплавящийся для работы с титаном, медью, высоколегированными и низколегированными сталями.
• “Z” — оксид циркония. Используется при работе переменным током с алюминием и медью. Изделия маркируются белым цветом. Сплав в котором всего 0.8% оксида циркония позволяет получать идеально стабильную дугу, но с условием должной зачистки сварочной плоскости.
• “L” — оксид лантана. Данный металл в изделиях продается с различной маркировкой, обозначающей 1.5% примеси (наконечник окрашен в цвет золота) и 2% лантана (наконечник светло-синего цвета). Изделия относят к универсальным, способным работать с переменным и постоянным током. Характеризуют высокой прочностью самого сплава, способностью работать при высоких мощностях и стойкостью к удерживанию заточки прутка. Применение данных стержней на аргоновой сварке позволяет реже проводить ревизию заточки.

Предлагаем ознакомиться с особенностями  применения каждого вида электродов посредством сравнительной таблицы.

Таблица сравнения вольфрамовых электродов

Хочется отметить ,что на рынке встречаются отечественные электроды  длиной  1000 мм и диаметров 1.6; 2,0, 3.0, 4.0 мм. Их маркировка отличается от международной:

• “ВЛ/ЭВЛ-2” -Универсальный вольфрамовый электрод с оксидом лантана La2O3 сварка всех типов сталей и сплавов на переменном и постоянном токе.
• “ЭВИ-1/СВИ-1” –  Иттрированный электрод.  Сварка особо ответственных конструкций из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей, титана, меди и их сплавов на постоянном токе

Цветная и буквенная маркировка

Электроды из вольфрама различаются по материалу легирующих присадок, применяемых при их изготовлении. Эти добавки увеличивают долговечность электродов. Они же и определяют свойства изделий при их использовании для сварки соответствующих материалов.

Тип вольфрамового электрода определяется по содержанию буквенно-цифровой информации и по цветам маркировки, нанесенной на стержень. Буквенно-цифровая и цветовая маркировки соответствуют друг другу.

Буквенная

Первой буквой идет всегда W. Она указывает на материал, из которого изготовлен электрод – вольфрам. Вторая буква латинского алфавита указывает на тип легирующей добавки:

C – оксид церия. Это универсальный вольфрамовый проводник. Его можно применять для сварки постоянным и переменным током. Горение сварочной дуги происходит даже при незначительной величине тока;
Z – оксид циркония (наиболее тугоплавкий). Пригоден для сварки переменным током

Крайне важно соблюдать требования к чистоте сварочной ванны. Недопустимо малейшее загрязнение

Сварка отличается стабильной и мощной дугой;
L – окись лантана. При использовании вольфрамовых стержней с этой добавкой происходит быстрый и легкий розжиг дуги и стабильное ее горение. Практически устраняется возможность прожига свариваемых деталей. Электроды, в составе которых содержится оксид лантана, наиболее долговечны;
T – окись тория. Эта добавка позволяет с высоким качеством сваривать заготовки из коррозионностойкой стали. Сварка при этом должна производиться на постоянном токе. При работе вольфрамовыми электродами с торием предъявляются высокие требования к подготовке свариваемых поверхностей, иначе дуга может «перескакивать» с одного «микровыступа» на другой. Очевидно, что шов будет не проваренным. Из-за высокой радиоактивности тория рабочее место должно быть оборудовано идеальной вентиляцией, иначе пары могут оказать вредное влияние на здоровье;
Y – иттрий. Сварка постоянным током с помощью этих вольфрамовых изделий осуществляется при изготовлении наиболее ответственных конструкций, так как подобные электроды являются наиболее устойчивыми к разрушению;
P – без добавок. В изделиях с такой маркировкой содержание вольфрама должно быть не ниже 99,5 %. Такие электроды обеспечивают устойчивое горение дуги при использовании переменного тока. Это делает их наиболее востребованными при сварке алюминия в среде аргона.

Чтобы донести более полную информацию о характеристиках вольфрамовых электродов, на стержнях после латинских букв указываются два цифровых значения через дефис. Число в первом показывает процентное содержание присадки, увеличенное в десять раз, во втором – длину стержня в миллиметрах. Например, маркировка WL 15-150 указывает, что в составе вольфрамового стержня, длиной 150 миллиметров, содержится 1,5 % оксида лантана.

Цветовая

Цветовое обозначение применяется для большего удобства при необходимости выбора вольфрамовых прутков. Оно представляет собой окраску концов стержня в один из следующих цветов:

• зеленый – изделия без присадок, обозначаемые символами WP;
• серый – вольфрамовый электроды с 2,0 % окиси церия, имеющие обозначение WC 20;
• черный – изделия, содержащие 1,0 % оксида лантана, обозначаемые WL 10;
• золотистый – прутки с 1,5 % оксида лантана, на которых проставлено WL 15;
• синий – стержни с 2,0 % окиси лантана, маркируемые как WL 20;
• белый – изделия с оксидом циркония с содержанием его 0,8 %. Обозначение таких изделий – WZ 8;
• желтый – прутки, имеющие в своем составе 1,0 % окиси тория. Их маркировка – WT 10;
• красный – изделия из вольфрама, изготовленные с добавлением 2,0 % оксида тория, имеющие обозначение WT 20;
• фиолетовый – прутки с 3,0 % оксида тория и с маркировкой WT 30;
• оранжевый – стержни, в состав которых включены 4,0 % оксида тория. Обозначение таких электродов – WT 40;
• темно-синий – электроды с иттрием в соотношении 2,0 % к вольфраму. Их обозначение WY 20;

Таким образом, идентификация нужного вида вольфрамовых электродов упрощается.

Маркировка вольфрамовых электродов

Вольфрам идеально подходит в качестве тугоплавкого материала, который предназначен для стабилизации образующейся дуги. К особенностям этого расходного материала отнесем следующие моменты:

1. Выдерживает длительную работу под высоким напряжением.
2. Применяемый материал при изготовлении способен выдерживать длительное воздействие высокой температуры.
3. Плавится вольфрам намного медленнее, чем другие материалы, применяемые при изготовлении электродов.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки классифицируются по цветам и многим другим признакам. Деление на классы позволяет существенно упростить выбор. При выборе учитываются многие особенности процесса сварки металлов. Маркировка электродов проводится для обозначения размера прутка и химического состава, а также других значимых характеристик.

Характеристики различных марок вольфрамовых электродов

Уделяя внимание обозначению маркировки вольфрамовых электродов ТИГ и других вариантов, исполнения следует отметить нижеприведенные моменты:

1. Первый символ в маркировке, который указывает на применение вольфрама в качестве основного материала при изготовлении электродов, всегда «W».
2. Следующий символ предназначается для обозначения металлов. Как правило, концентрация примесей указывается в процентном соотношении. К примеру, число 20 говорит о концентрации примеси 2%.
3. Следующее число указывает на длину прутка. Наиболее распространенным вариантом исполнения можно назвать вольфрамовый электрод с длиной 175 мм. На рынке можно встретить и другие варианты исполнения рассматриваемого изделия.

Стоит учитывать, что пруток из чистого вольфрама на сегодняшний день применяется крайне редко, так как с ним могут работать исключительно сварочные аппараты TIG (даже при их использовании может возникнуть много трудностей). Примеси применяются для изменения следующих показателей:

1. проводимости;
2. плавкости;
3. дугообразования;
4. прочности.

Международные стандарты, применяемые при обозначении, определяют следующие моменты:

1. WP – обозначение, которое используется для электродов с чистым вольфрамом. На примеси уходит менее 0,5%. Как ранее было отмечено, подобные варианты исполнения довольно трудно применять при сварке.
2. С – символ, применяемый для обозначения примеси Церия. Стоит учитывать, что для данного варианта исполнения применяется также серый цвет обозначения. Подходит вольфрамовый электрод с подобной примесью для многих аппаратов
3. Т – применяется для обозначения диоксида тория. Для маркировки подобного стержня принято использовать красный цвет. Область применения весьма обширна, как правило, проводится плавка цветных металлов, к примеру, нержавеющей стали. При выборе этого варианта исполнения следует помнить о его существенном недостатке – применяемая лигатура зачастую радиоактивная. Именно поэтому при изготовлении применяется столь яркий цвет. Во время проведения работы нужно соблюдать технику безопасности. Достоинством этого типа прудков можно назвать высокую прочность.
4. Z–обозначение оксида циркония. Для обозначения данной примеси применятся белый цвет. Чаще всего подобный вариант исполнения вольфрамового электрода используется при работе с медью или алюминием. За счет определенной концентрации оксида циркония повышается стабильность образующейся дуги.
5. Y – диоксид иттрия. Для обозначения этого легирующего элемента применяется темно-синий оттенок. Область применения – производственные цехи, в которых получают конструкцию, рассчитанную на выдерживание высокой нагрузки. Подходит для сваривания меди, титана и некоторых сталей.
6. L – обозначение оксида лантана. Стоит учитывать, что данный вариант исполнения может маркироваться самым различным образом. Изделие считается универсальным предложением, которое подходит для работы с постоянным и переменным током. Основными эксплуатационными качествами можно считать высокую прочность и устойчивость к воздействию критических температур.

Цветовая маркировка вольфрамовых электродов

Цветная маркировка вольфрамовых электродов применяется для того, чтобы упростить процесс подбора расходного материала к определенным условиям работы.

Виды вольфрамовых электродов

Модели вольфрамовых электродов различаются по цветам:

Зеленые (WP) – в данной модели самое высокое содержание чистого металла, так как доля примесей составляет всего 0,5%. При использовании переменного тока они дают отличную стабильность горения дуги. Баланс может быть улучшен при помощи высокочастотной стабилизации осциллятором. Лучше всего свойства проявляют себя при синусоидальном переменном токе. Используются вольфрамовые электроды для сварки алюминия, а также его сплавов, и магния. По причине ограниченной тепловой нагрузки, в данных разновидностях конец инструмента выполнен в виде шарика.

Вольфрамовые электроды типа WP

Белые (WZ8) – в данной модели дополнительно присутствует оксид циркония. Здесь ни в коем случае не должно присутствовать какое-либо загрязнение в сварочной ванне. Использование предпочтительно на переменном токе. Данная разновидность обеспечивает повышенную стабильность дуги. Токовая нагрузка является более высокой, которую могут выдержать ториевые, лантановые и цериевые электроды. Заточка вольфрамовых электродов здесь выполнена в виде сферы. Используется для сваривания никеля, магния, бронзы, алюминия, а также сплавов этих металлов.

Вольфрамовые электроды WZ8

Красные (WT20) – в данной модели присутствует оксид тория. Красные являются одними из самых распространенных, так как смогли лучше всех проявить себя при сварке на постоянном токе, существенно превосходя модели без добавок. Сам торий относится к радиоактивным металлам низкого уровня, поэтому они дают негативный осадок не только на окружающую среду, но и на здоровье мастера. Выделения при периодическом использовании не подвергают здоровье большому риску, но постоянное использование может дать осложнения. Вольфрамовый электрод для аргонной сварки с торием отлично проявляется себя как на постоянном, так и на переменном токе. У него можно изменять угол затачивания наконечника, так как даже при высокой силе тока они не плавятся в своих тонких местах. Стандартная заточка делается в виде площадки с выступами. Могут подходить для сваривания мели, никеля, титана, тантала, молибдена и кремниевой бронзы.

Вольфрамовые электроды WT20

Тёмно-синие (WY20) – это иттрированная модель, которая обладает повышенной стойкостью к воздействию высоких температур. Применяют их при постоянном токе с прямой полярностью. Служит инструмент для сварки особо ответственных конструкций. Оксидная добавка здесь составляет около 2%. Благодаря иттрированию повышается стабильность катодного пятна, поэтому, даже при изменении тока в широком диапазоне дуга остается стабильной. Используются вольфрамовые электроды для сварки нержавеющих сталей, низколегированных и углеродистых металлов.

Вольфрамовые электроды WY20

Серые (WC20) – в данной модели присутствует около 2% оксида церия. Церия является весьма распространенным редкоземельным нерадиоактивным металлом. Он положительно влияет на эмиссию электрода. Благодаря этому начальный запуск становится легче, а диапазон работы по току становится шире. Это универсальные инструменты, которые могут применяться при любом роде электричества. Здесь заметна высокая стабильность дуги даже при небольшом токе. Они используются для орбитальной сварке трубопроводов и тонких листов металла. При высоких температурах церий концентрируется в наконечнике, что становится недостатком. Их применяют для работы с необием, танталом, молибденом, бронзой, кремниевой бронзы.

Вольфрамовые электроды WC20

Золотистые и синие (WL15 и WL20) – обе марки содержат в себе оксид лантана. Это дает хорошие показатели для начального запуска дуги. С ними намного ниже вероятность сделать прожог металла. Дуга остается устойчивой на протяжении всего времени эксплуатации. Отличия в марках состоит в том, что в золотистых имеется 1,5% добавок, а в синих – 2%. Чем больше оксида лантана в составе, тем выше диапазон рабочего тока. Здесь он в 1,5 раза больше, чем в других марках. Это влияет на износ поверхности наконечника, который считается одним из самых тонких в этой отрасли. С его помощью сваривают стали высокого легирования, медь, алюминий и бронзу.

Вольфрамовые электроды WL-15

Преимущества и недостатки

ТИГ сварка обеспечивает получение чистого без шлака, герметичного без пор сварного шва. Аргоновая сварка позволяет соединять практически все металлы и их сплавы, номенклатура свариваемых материалов больше, чем у любого другого вида сварки. Позволяет сваривать тонкостенные и толстостенные изделия.

TIG сварка обеспечивает лучший контроль над состоянием сварочной ванны. Неплавящийся электрод упрощает для сварщика поддержание одинаковой дуги на всей длине сварного шва, не нужно учитывать изменение длины электрода в случае использования обычной дуговой сварки.

В процессе работ отсутствуют искры и брызги. На шве нет шлака и нет задымления, как при использовании электродов с обмазкой. Все это позволяет получать высококачественные сварные соединения с достаточно высокой скоростью. Превосходит обычную дуговую сварку практически по всем параметрам.

К недостаткам TIG сварки можно отнести необходимость тщательной зачистки свариваемых поверхностей от масла, ржавчины, краски и прочего мусора. Иначе шов получится пористым с изъянами.

При ветреной погоде сварка под защитой из аргона затруднена, требуются дополнительные ограждающие щиты, происходит перерасход газа.

В труднодоступных местах затруднена работа из-за малого выхода сварочной иглы и колпачка. Приходится увеличивать вылет острия прутка, что приводит к его перегреву. Надо устанавливать маленький колпачок, что требует обрезания вольфрамового электрода.