Марка вольфрамового электрода для сварки алюминия. Сварка алюминия электродом из вольфрама. Влияние полярности тока на процесс сварки тиг

(Некоторая информация в даной статье могла устареть, поскольку анализируются электроды с круглыми кончиками, а сейчас используются заостренные)

В качестве неплавящихся электродов для дуговой сварки в среде инертных газов применяются главным образом вольфрамовые прутки.

Некоторые сведения о вольфраме. Вольфрам - самый тугоплавкий металл, уступающий в этом отношении только углероду. Удельный вес вольфрама 19,3 г/см 3 . Наряду с высокой температурой плавления, равной 3350-3600° С, он обладает ничтожной летучестью при высоких температурах и низким коэффициентом теплопроводности (фиг. 76).

В свободном состоянии вольфрам в природе не встречается. Важными соединениями, в виде которых встречается вольфрам, являются соли вольфрамовой кислоты. Вольфрам практически не является редким металлом, так как он распространен в земной коре не меньше, чем свинец и олово, и вдвое больше, чем медь.

Схематически производство вольфрамовой проволоки состоит из следующих стадий:

1) химической обработки вольфрамовой руды с целью получения вольфрамовой кислоты;

2) восстановления вольфрамовой кислоты в металл;

3) протяжки металлического вольфрама в вольфрамовую проволоку.

Вольфрамовая кислота H 2 W0 4 , просушенная и размолотая, представляет собой мелкий порошок желтого цвета. Она является соединением окиси вольфрама W0 3 с водой.

Восстановление вольфрамовой кислоты производится в специальных электропечах, где происходит процесс отнятия кислорода от кислоты водородом при температуре не ниже 700°. Затем полученный порошок вольфрама прессуется, спекается и сваривается. Полученный таким образом вольфрам подвергают механической обработке: ковке и протяжке до нужного диаметра. Механическую обработку ввиду хрупкости вольфрама при обычной температуре производят в нагретом состоянии. На различных стадиях обработки температура нагрева изменяется. Наибольший нагрев до 1500° дается при ковке, при волочении температура нагрева снижается до 800-950°. Таким путем получают вольфрамовую проволоку или прутки.

Вольфрамовая проволока или прутки, применяемые в качестве электродов для сварки, должны удовлетворять специальным техническим условиям.

Выбор диаметра вольфрамового электрода

Для сварки в среде инертных газов обычно применяют вольфрамовые электроды диаметром от 0,8 мм и выше в зависимости от тока, необходимого для достижения требуемого проплавления. Чаще всего применяют электроды диаметром от 0,8 до 6,0 мм.

Допустимая сила или плотность тока устанавливается, исходя из следующих соображений. Конец электрода на поверхности в том месте, где горит дуга, расплавлен. Если вольфрам недостаточно разогрет, то дуга нестабильна и колеблется из стороны в сторону. Дуга горит стабильно лишь при определенной плотности тока, когда вольфрам уже достаточно разогрет.

Помимо стабильности дуги при установлении минимального тока приходится считаться с явлением эрозии кончика электрода. Исследованием влияния силы тока на вольфрамовый электрод было установлено, что если применяется ток недостаточной силы, то горение дуги между вольфрамовым электродом и малоуглеродистой сталью в среде гелия вызывает эрозию или постепенное истечение металла с электрода, которое стремится сузить конец электрода. Истечение металла направлено к концу электрода, вызывая образование шарика на его конце и удлинение электрода. В одном опыте эта эрозия настолько усилилась, что кончик электрода дрогнул и готов был оторваться (фиг. 77, а). Отрыв кончика электрода был предупрежден увеличением сварочного тока, благодаря чему можно было наблюдать, как кончик электрода плавился, (фиг. 77, б) прежде чем эрозия достигла предельной величины. После расплавления кончика электрода явление эрозии исчезает и конец электрода сохраняет правильное сферическое очертание (фиг. 77, в).

При горении дуги в среде аргона слабый ток вызывает образование на одной стороне конца электрода небольшого расплавленного шарика (фиг. 77, г). Этот шарик стремится обойти вокруг кончика электрода, образуя изогнутый наплыв (фиг. 77, д). Затем наступает момент, когда шарик открывается и тотчас же образуется новый. Если увеличить ток настолько чтобы расплавился кончик электрода, то последний сохраняет постоянную сферическую форму (фиг. 77, е).

Таким образом, минимально допустимый ток определяется, с одной стороны, стабильностью дуги, а с другой - сохранением неизменной сферической формы конца электрода.

Максимальная величина сварочного тока ограничивается склонностью к образованию чрезмерно больших шариков расплавленного вольфрама на конце электрода, к вибрированию этих шариков, к отрыву их и переносу в расплавленную ванночку. Даже в тех случаях, когда большая капля расплавленного вольфрама не отрывается, наличие ее весьма затрудняет процесс сварки, ибо малейший толчок электрододержателя вызывает вибрацию капли расплавленного вольфрама, в результате чего столб дуги проходит на изделие от точки капли, ближайшей к изделию.

В таких случаях получается волнистый шов и недостаточный провар в некоторых точках. Кроме того, слишком большая капля препятствует нормальному истечению газа из сопла, вследствие чего в зону сварки попадает воздух.

Чем выше сварочный ток (в пределах допустимой величины), тем устойчивее дуга.

Таблица 18. Допустимые значения тока для электродов различного диаметра при сварке постоянным током в среде инертных газов высокой чистоты (99,8%)

На фиг. 78, а и б даны графики предельных значений сварочного тока для электродов различных диаметров при питании дуги переменным током и использовании технического (фиг. 78, а) и чистого (фиг. 78, б) аргона.

В табл. 18 приведены предельные значения сварочного тока при наиболее употребляемых диаметрах вольфрамовых электродов для постоянного тока и при чистых аргоне и гелии. Материал изделия, по-видимому, не оказывает влияния на предельные значения тока. Следует заметить, что эти величины приблизительны, так как они зависят от конструкции электрододержателя, состояния поверхности электрода и в известной мере от опытности сварщика.

Таблица 18.

При сварке на постоянном токе полезно применять торированные вольфрамовые электроды. Эти электроды содержат некоторое количество окиси тория, которая добавляется в вольфрамовый порошок перед формовкой и спеканием электрода.

Оптимальными характеристиками обладают вольфрамовые электроды, содержащие 15% окиси тория, но производственное применение нашли электроды, содержащие 1 % окиси тория. Допускаемая для торированных электродов плотность тока выше (табл. 19), и концы их не плавятся и не меняют во время сварки своей формы (фиг. 79, б). Значительно облегчается зажигание дуги, которое происходит быстрее, чем при неторированных электродах (фиг. 80) при более низком напряжении холостого хода (табл. 20) и при этом конец электрода не разрушается. Поэтому зажигание дуги легко производится на изделии без опасности попадания включений вольфрама в шов.

Вольфрамовые электроды являются прутками из вольфрама, которые очень распространены как сварочный материал для сваривания аргонодуговой сваркой. Как правило, их используют для сваривания особо ответственных соединений с использованием постоянного тока обратной полярности, а также для сваривания большинства нержавеющих и высоколегированных сталей. Помимо этого ними сваривают жаропрочные сплавы и цветные металлы.

Технология сваривания, а также производства вольфрамовых электродов работает таким образом, что данный вид электродов обеспечивает стабильное сваривание, стабильную сварочную дугу, а также термостойкость и устойчивость к эксплуатации.

С помощью вольфрамовых сварочных электродов производят сваривание высококачественных сварочных швов. Примечательно, что для сваривания вольфрамовыми электродами не обязательно, чтобы свариваемые детали были разного химического состава. Широкую популярность приобрело сваривание вольфрамовыми электродами в аргоновой среде. Это сильно влияет на процесс сваривания в лучшую сторону. Такое сваривание сразу же прекрасно зарекомендовало себя, особенно при появлении таких металлов, как титан, никель, молибден и высоколегированные стали.

Вольфрамовые электроды являются неплавящимися, однако при сваривании используются вместе с присадочной проволокой. В основном такие электроды применяют для сваривания цветных металлов, а также их сплавов. Помимо этого нередко можно заметить использование вольфрамовых электродов для сварки высоколегированных сталей. Также вольфрамовые электроды используются для получения сварочного шва высокого качества из металлов одного или разных составов.

Неплавящиеся сварочные электроды из вольфрама имеют некоторые отрицательные качества. Среди этих недостатков не очень хорошая зажигаемость сварочной дуги. Для этого нужно совершать зажигание дуги в три этапа:

Короткое замыкание электрода на заготовке; Отведение электрода от свариваемого материала на небольшое расстояние; Возникновение устойчивой сварочной дуги;

Для того чтобы улучшить качество поджога сварочной дуги, а также достичь высокой стабильности при сваривании вольфрамовыми электродами иногда добавляют цирконий. Это позволяет улучшить качество сваривания, а также использовать данный вид электродов в различных токовых средах.

Данный вид сваривания прекрасно зарекомендовал себя для сваривания молибдена, никеля, титана и высоколегированных сталей. В данном случае источником высокой температуры является электрический ток. При таком сваривании основными элементами при сваривании является вольфрамовый электрод и газ аргон. При сваривании неплавящимся электродом подается газ аргон, и сваривание производится уже в защищенной среде. Такая защита прекрасно повышает характеристики сварочного шва, а также делает сам сварочный процесс намного проще и эффективнее.

Вольфрамовый электрод нашел применение в среде защитных газов (гелий, аргон). Реже используется при плазменной резке и наплавке.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки обладают высокой тугоплавкостью (3000 градусов). Изготовляются методом порошковой прессовки. Кроме вольфрама (температура кипения 5800 градусов) в составе в зависимости от марки изделия, присутствуют оксиды:

• церия;
• тория;
• иттрия;
• лантана;
• циркония.

Для удобства сварщиков на неплавящиеся электроды наносится цветная маркировка.

1) WP (зеленый наконечник) — содержание вольфрама 99,5%, для сварочных работ с магнием (сплавами), алюминием. Большое содержание вольфрама повышает устойчивость дуги на переменном токе в среде гелия и аргона. Рабочую зону электрода делают в виде нароста-шарика.

2) WT-20 (красный код) — добавлен диоксид тория (2%).

Соединение на постоянном токе: меди, титана и нержавеющих, низколегированных, углеродистых сталей. Марка востребованная, но торий — радиоактивный материал, при заточке торированных электродов образуется пыль вредящая здоровью человека. Рабочая зона сварщика нуждается в хорошей вентиляции. WT-20 сохраняют форму электрода при любой силе тока, а угол заточки изменяется под сварочные нужды.

3) WС-20 (серый наконечник) — добавлен диоксид церия (2%).

Марка применяется для сварки сталей и сплавов на постоянном и переменном токе. Деоксид церия (нерадиоактивный элемент) улучшает запуск дуги и повышает допустимые значения тока. WС-20 используется для сварки тонколистовой стали, трубопроводов и орбитальных труб. Недостаток цериевых изделий в концентрации оксида в рабочей зоне электрода.

4) WY-20 (тёмно-синий наконечник) с добавкой диоксида иттрия (2%).

Варят на постоянном токе медь, титан (сплавы) и стали — нержавеющие, углеродистые, низколегированные. Иттрированная добавка улучшает устойчивость дуги во всех токовых режимах.

5) WZ-8 (белая маркировка) — оксид циркония (0.8%).

Для сварки на переменном токе алюминия, магния и сплавов. Рабочая зона электродов с цирконием в форме сферы, превосходит по токовой нагрузке другие изделия.

6) Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки с включениями окиси лантана:

WL-15 (цвет золотистый), 1.5% оксида лантана;
WL-20 (код синий), 2% лантана;
WR-2 (бирюзовый наконечник) — оксид лантана (1.4%).

Изделия с оксидом лантана имеют легкий запуск и устойчивую дугу, прожоги металла минимальные, уменьшенный износ рабочей зоны электрода. Применяются для всех видов сталей и сплавов.

Размеры и цены на электроды:

• длина — 175 мм;
• диаметр от 1 до 5 мм.

Самые популярные диаметры — 1,6-2,5 мм.

Цена на вольфрамовые изделия зависит от производителя, марки и диаметра электрода.

Стоимость WL-15 из Китая (1.0 мм, универсальный) — 40 рублей. Германское изделие TBi D (3.0 мм, красный для нержавеющей стали) обойдется в 340 рублей. За китайский WT-20 (5.0 мм, красный для нержавеющей стали) придется выложить 900 рублей.

Как правильно затачивать вольфрамовые изделия

Перед работой электроды для аргонной сварки затачиваются. Для получения правильной длины заточки, аргонщики советуют простую формулу: диаметр электрода умножить на 2,5.

Например, диаметр 3,2 мм умножаем на 2,5 и получаем длину заточки 8 мм (рисунок выше).

При на переменном токе, шарик на вольфрамовом изделии образуется САМ. Специально притуплять электрод, делая полусферой — не обязательно.

Электрод стачивается вдоль, как карандаш. Если затачивать поперек, то риски от абразива создадут препятствия для стабильной дуги.

Точить можно наждаком или болгаркой, вращая изделие в руках. Для равномерной заточки, можно стержень закрепить в патроне шуруповерта или электродрели, выставив малые обороты вращения.

По технике безопасности, одевайте маску для защиты органов дыхания от пыли.

Автоматизация процесса заточки

Продаются специальные машинки для заточки вольфрамовых электродов для аргоновой сварки. В комплектацию входит — ударопрочный чемодан для хранения прибора, электромашинка, приспособление для фиксации электрода в держателе.

Устройство машинки включает:

• абразивный алмазный диск с односторонним покрытием;
• регулировка количества оборотов;
• фильтр для мелкодисперсной вольфрамовой пыли;
• регулировка угла заточки от 15 до 180 градусов.

Желающие приобретают это устройство для домашних нужд.

P.S. В процессе практики, вы отдадите предпочтение полюбившимся электродным маркам, которые будете использовать чаще всего.

Единственно верным выбором для сварки TIG являются электроды из вольфрама &ndash. только они способны выдерживать предельные температуры при сварке металла. Помимо этого обязательного свойства, вольфрам обладает хорошими показателями термоэлектронной эмиссии и стойкости к эрозии.

Сварку с применением инертного газа и неплавких электродов используют на постоянном токе (TIG-DC) для сталей, а на переменном (TIG-AС) для деталей из алюминия (Al) и магния (Mg).

В случае с постоянным током, электроды предварительно должны пройти подготовку к работе &ndash. заточку. В зависимости от требований сварки, допустимый угол заточки от 20°. до 90°., а наилучшая стабильность дуги наблюдается при углах 30°.-60°. (Рис.1). В зависимости от этого угла, изменяется ширина сварочного шва и проплавляющая способность электрода.

При работе сварки в режиме TIG-AC рабочий конец электрода самостоятельно принимает сферическую форму, поэтому его достаточно лишь немного обточить, либо просто сохранить первоначальную форму (Рис.2).


Успешной практикой стало добавление в вольфрамовый электрод примесей, для повышения его сварочных характеристик.

По виду внесённой примеси, различают следующие вольфрамовые электроды:

Маркировка: WP
Цветовой код: зелёный
Легирующая добавка: нет
Электрод без примесей. Имеет хорошие показатели сварочной дуги в режиме TIG-AC. С его помощью обычно варят алюминиевые и магниевые детали.

Маркировка: WT-20
Цветовой код: красный
Легирующая добавка: торий (~ 2%)
Самый популярный тип вольфрамового электрода. Некоторые и вовсе считают его универсальным и используют буквально для любых задач. Профессионалы же придерживаются несколько иного мнения &ndash. добавка тория действительно улучшила способность термоэлектронной эмиссии и сделала его лидером по показателям среди тугоплавких электродов, но целесообразнее всего его использовать для работ по нержавейке, титану и никелевым сплавам в режиме TIG-DC.
Внимание! Из-за радиоактивной природы тория, использование электродов WT-20 может спровоцировать возникновение серьёзных заболеваний. Поэтому работа с ними должна проходить в строжайшем соответствии со всеми требованиями техники безопасности и в помещениях с хорошей вентиляцией.

Маркировка: WC-20
Цветовой код: серый
Легирующая добавка: оксид церия (~ 2%)
Этот электрод имеет более высокие показатели работы сварки, по сравнению с WP и считается лучшей "чистой" альтернативой ториевого. Он обеспечивает хорошую стабильность дуги при низком токе, поэтому нашёл широкое применение в сварке тонколистного металла в режиме TIG-DC.

Маркировка: WL-15
Цветовой код: золотистый
Легирующая добавка: оксид лантана (~ 1,5%)
Ещё одна возможная замена электрода WT-20. Имеет хорошие показатели при сварке на любом токе и является лучшим вариантом для работы с алюминием.

Неплавящиеся электроды получили такое название из-за того, что будучи токопроводящими материалами, имеют очень высокую температуру плавления и в сварочном процессе не плавятся, а только незначительно обгорают. Бывают , вольфрамовые, они выпускаются в виде прутков. Здесь мы рассмотрим электроды из вольфрама.

Вольфрам как сварочный материал

Этот элемент относится к металлам. Он самый тугоплавкий, очень твердый и хрупкий, температура его плавления составляет почти 35000 С. Электрод в составе своем имеет непосредственно самого вольфрама от 95% до 99,5%. Остальное приходится на прочие добавки- оксиды тория, церия, лантана, циркония, иттрия. Перечисленные оксиды вводят в пруток исходя из назначения конкретной марки.

Назначение

Главное назначение этого электрода - сварка спецсталей, алюминия, магния и различных легких сплавов, тугоплавких металлов и металлов малых толщин, для работы, где предъявляются очень строгие требования.

Типы

Электроды из вольфрама делятся на три типа:
1.Для переменного тока. Используются для работы с магнием, алюминием,их разновидностями и сплавами, в случае необходимости защиты ванны от грязи.
2. Для постоянного тока. В эти вводят иттрий или торий. Последний элемент радиоактивный. Не рекомендуется увлекаться работой в закрытых пространствах. Применяют для сварки меди, титана, никеля, тантала, бронзы, сталей аустенитного типа(нержавейки), углеродистых сплавов.
3. Универсальные электроды. Замечательно проявляют себя в работе как на переменном, так и на постоянном токе. Применение «универсалов» распространено в работе на трубопроводах. Хорошо и незаметно соединяют тонколистовой металл.

Марки и маркировка

Электроды так же разбиваются по маркам, имеют буквенную маркировку, а концы прутков обозначаются определенны цветом.
1. WP(зеленый). Выполнен из вольфрама. Содержание в пределах 99,5%. Работают с магнием и алюминием.
2. WC-20 (серый). Содержит 2% оксида церия. Этот стержень универсальный. Применяют для на неповоротных стыках.
3. WL-15, WL-20 (синий). С добавлением лантана, отличается устойчивой дугой. Самый используемый в промышленности. Швы из-под этого электрода долговечные и чистые. Работает на постоянном токе.
4. WT-20 (красный). В составе присутствует торий. Несмотря на радиоактивность, этот электрод очень «ходовой» благодаря отличным сварочным свойствам тория, который запросто соединяет самые «капризные» сплавы. Работает на постоянном токе.
5. WZ-8 (белый). Сюда добавляется оксид циркония. Очень любит чистоту. Рекомендуется переменный ток. Приступая к работе, следует закруглить электрод. Хорошо работает по алюминию.
6. WY-20 (темно-синий). Этот стержень покрывают тонким иттриевым слоем. Применяются для ответственных и важных конструкций.
Следует учитывать, что при выборе конкретного электрода определяют свойства свариваемого металла. Иногда для одного изделия нужны разные марки.

Область применения в сварочном производстве

Работать хорошо при работе с металлом толщиной от 0,1 до 6 мм. Допускается работать без присадки, при толщине стенки не пболее 2мм.Шов формируется за счет расплавленных кромок. Для более толстого металла требуется присадочный материал в виде присадочной проволоки или пластин, которые подаются в зону дуги или уложены в разделку. Стыковые и угловые швы в любом положении в пространстве выполняют автоматически, полуавтоматически или вручную.

Важнейшим условием для работы является ограждение сварочной ванны от воздействия воздуха. Поэтому сварочный процесс вольфрамом ведется в защите от инертных газов (чаще всего аргона), а сварку такой назвали аргонно-дуговой. Аргон — газ инертный. Это значит, что он не вступает в реакцию с расплавленным металлом, и поскольку аргон тяжелее воздуха, он его вытесняет и надежно защищает ванну. Необходимо, чтобы в защите аргона была вся сварочная ванна, конец присадки и сам электрод.

Подготовка и сборка кромок

Чтобы качество сварки обеспечивалось надежно, особенно когда конструкция тонколистовая, необходима правильная и точная подготовка, предварительную сборку и прихватку кромок выполнять в сборочно-сварочных приспособлениях.

Чистота соединения

Следует особое внимание обращать на чистоту свариваемого соединения и самой рабочей части стержня. Если конец электрода будет загрязненным или обгоревшим, кромки соединения не зачищены, есть опасность попадания кусочка вольфрама в ванну и образования в структуре шва вредного включения. Во избежание лишнего соприкосновения электрода с поверхностью металла, используют осциллятор - устройство для бесконтактного возбуждения дуги.

Режим сварки

Обязательно нужно строго соблюдать сварочный режим, то есть подобрать силу тока, следить за расходом газа, соблюдать скорость подачи электрода вдоль шва — это залог качества соединения.

Особенности сварки электродами из вольфрама
Главная особенность вольфрама — это его высокая температура плавления. А в совокупности с инертной аргоновой защитой эти электроды творят просто сварочные чудеса! Достаточно сказать, что диапазон толщин имеет размах от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров, сила тока может быть от нескольких ампер до сотен ампер. Нет в природе такого металла, стали или сплава, который не мог бы быть сварен аргонно-дуговой сваркой. В последние годы, наряду с художественной ковкой, с художниками-кузнецами все больше приобретают популярность художественная и художники-сварщики.

Некоторые обязательные технологические требования :
При , следует соблюдать следующие требования
. движение ведется справа налево;
. при работе с изделиями толщиной до 2-2,5мм горелку необходио держать под углом 60 градусов к поверхности изделия, а когда толщина деталей больше 2-2,5мм, то угол настраивать примерно в 90 градусов.Поперечные колебания не рекомендуются.
Если процесс проходит в автоматическом или полуавтоматическом режиме, то пруток направляется так, чтобы он двигался впереди дуги.

Сварка алюминия

Ведется на переменном токе. Перед началом сварки нужно обязательно зачистить и подвергнуть травлению (смачиванию кислотой) кромок.

Недостатки аргонно- вольфрамом
Как и у всякого способа сварки, этот метод так же имеет и минусы. Это проблемы при работе на улице, на сквозняке, процесс становится труднее при работе на большом токе (работа с алюминием), так как требуется принудительное охлаждение.
Некоторые обязательные правила аргонодуговой сварки

Чтобы правильно провести сварку, нужно следовать простым правилам:
1. В работе с тонколистовым металлом, для получения точности нужно использовать сборочно-сварочную оснастку.
2. Стержни должны иметь идеальную чистоту на конце.
3. Рекомендуется подобрать правильный режим сварки.
4. Надежно защищать и держать ванну под струей аргона.
Придерживаясь всех правил и пользуясь нужными знаниями для проведения сварочных работ, вы добьетесь качественного шва и наградите себя долгими годами спокойствия.