Сварка вольфрамовым электродом

Замечательные физико-химические свойства вольфрама широко используются в промышленном производстве. Наибольшее применение вольфрам нашел в химической промышленности и электротехнике. Многие десятилетия мы не знали другого типа освещения, кроме лампочек накаливания, спираль которых была сделана из вольфрамовой проволоки. Этот металл был выбран благодаря его возможности работать при высоких температурах.

1 / 1

Вольфрам как сварочный материал

Появление TIG-сварки и внедрение её в различные отрасли производства потребовало новых типов материалов. Эту нишу по праву занял вольфрам. Даже далёкие от производства люди могли видеть вольфрамовые электроды при выполнении ремонта холодильников, автомобилей и другой бытовой техники. Кстати, аргон не единственный газ, применяемый в этом виде сварки. С не меньшим успехом используют углекислый газ и различные смеси газов.

Сварка металлов в среде защитного газа позволяет не только получить качественный, чистый шов, но и продлевает срок службы электродов, которым придают определенную форму. Это необходимо для стабилизации дуги при сваривании деталей толщиной от 0,1 мм и более, без ограничений по максимальной толщине конструкции.

Последовательность действий

Перед тем как приступить к TIG сварке, стыки необходимо очистить от жира, ржавчины и прочего. Металл должен быть идеально чистым, иначе все останется в сварочном шве, что скажется на его качестве.

Большую часть сталей сваривают постоянным током. Алюминий, магний, медные сплавы с большим содержанием алюминия сваривают переменным током.

Сила тока выбирается по таблицам, зависит от вида материала, его габаритов и толщины сварочного прутка. Если во время TIG сварки выбрать слишком сильный ток, то пруток расплавится. При слабом токе дуга неустойчива.

Рекомендуемая длина дуги 1,5-3 мм. Увеличение длины дуги приводит к увеличению ширины шва и уменьшению глубины проваривания.

При сваривании встык сварочная игла должна выходить из сопла на 3-5 мм, при угловых на 5-8 мм.

Сварка неплавящимся электродом начинается с запуска инертного газа. Процесс сварки завершается отключением аргона через 10-15 с после того, как погасла дуга. Это необходимо, чтобы процесс кристаллизации произошел без доступа воздуха.

Для очень важных соединений применяется бесконтактный способ разжигания дуги. Имеется в промышленном оборудовании. Применяется при сваривании стойких к коррозии сталей. Это исключает попадание вольфрама в шов. Для менее ответственных соединений применяют аппарат с контактным способом розжига дуги. Он обычно имеется в бытовых установках.

Для TIG сварки достаточно вести горелку вдоль стыка без колебательных движений, как в обычной электродуговой сварке. За счет этого получается узкий шов, скорость сварки повышается.

При применении присадочной проволоки необходимо контролировать, чтобы расплавляемый конец находился под струей инертного газа. Сварочная ванна должна иметь вытянутую форму, никак не круглую.

Особенности вольфрамовых электродов

Вольфрам может работать в высокотемпературной среде, что положительно отличает его от остальных металлов. Кроме того, он обладает ещё одной замечательной способностью: не размягчаться. Добавление легирующих компонентов расширяет возможности использования этих изделий.

Кроме того, добавки вносят для повышения стабильности дуги или увеличения срока работы при высокой температуре. Количество и материал добавок определяют марку и тип электродов. Ознакомиться с полным каталогом вольфрамовых электродов и купить их можно в интернет-магазине на сайте . Здесь представлены лучшие образцы от производителя.

Характеристика вольфрамовых прутков

Вольфрамовыми электродами называют тугоплавкие стержни, с помощью которых формируется электродуга, необходимая для того, чтобы в процессе сварки расплавить кромки присадочного материала и соединяемых деталей. Применяются они преимущественно для аргоновой сварки. Ими сваривают разнообразные конструкции, включая и трубчатые. Для этих целей вольфрам выбран неслучайно. Он наиболее тугоплавкий металл из всех имеющихся в природе.

В ГОСТе оговорены все требования к маркировке стержней из вольфрама. Это позволяет отнести их к определённому типу (неважно в какой стране они произведены). Согласно требованиям, маркировка должна содержать в себе, кроме типа изделия, ещё и состав материала.

Такие электроды можно определить по первой букве «W», которая включена в обозначение. Большая часть этих прутков содержит малую долю легирующих добавок. Они позволяют повысить срок эксплуатации изделия и улучшить его технические характеристики. Вторая буква в маркировке говорит о виде легирующего вещества.

Легирующие добавки бывают следующих типов:

«С» — оксид церия. Электроды из вольфрама, в состав которых входит эта добавка, являются универсальными. Применяются для сваривания любым током, даже при небольших значениях поддерживают стабильное горение дуги;
«Z» — оксид циркония. Электроды, в состав которых входит оксид циркония, применяются для сварки на переменном токе. Используя их, стоит следить за тем, чтобы в сварочной ванне не было ни капли загрязнений. Дуга, которая образуется такими прутками, отличается высокой мощностью и стабильностью. В сравнении с прочими изделиями, электроды из вольфрама, в состав которых входит оксид циркония, могут выдержать значительные токовые нагрузки;
«L» — оксид лантана. Изделия с этой добавкой обеспечивают высокую устойчивость и лёгкий розжиг сварочной дуги, а также повторное быстрое зажигание. При их применении значительно увеличивается рабочий ток и понижается риск прожига соединяемых элементов. Такие электроды долговечны. По сравнению с изделиями, изготовленными из чистого вольфрама, сварочную ванну они загрязняют меньше;
«Е» — оксид тория. Электроды с этой добавкой очень популярны. А всё из-за их достоинств. Такие изделия чаще всего применяют для соединения элементов из нержавеющей стали, которое осуществляется на постоянном токе. При заточке и сварке в помещении закрытого типа рабочее место стоит обеспечить вытяжной вентиляцией. А всё из-за того, что торий является металлом радиоактивным, пыль и пары которого могут отрицательно действовать на человеческий организм. А ещё при сварке элементов на переменном токе может скакать дуга по выступающим поверхностям. И этот фактор ухудшает качество соединения;
«Y» — иттрий. Эти изделия наиболее прочные. Именно по этой причине их применяют для сваривания особо важных конструкций. Сварка производится на постоянном токе;
«P» — чистый вольфрам. Если в маркировке присутствует эта буква, то это значит, что изделие на 99,5% выполнено из чистого вольфрама. Электроды из вольфрама без всяких добавок, обеспечивают дуговую устойчивость при сваривании на переменном токе. Именно их используют для аргоновой сварки алюминиевых элементов.

Для того, чтобы специалист получил более подробную информацию об электродах из вольфрама, в маркировке имеются и обозначения цифрами.

Первые цифры после букв указывают точное процентное содержание легирующей добавки. К примеру, цифра 15 обозначает, что в состав входит 1,5% легирующего вещества. Вторые цифры, которые от первых отделены дефисом, указывают длину изделия в миллиметрах.

Самая распространённая длина 175 миллиметров. Но длина электродов может быть и 50, 75 или же 150 миллиметров. Детали с различными геометрическими параметрами свариваются электродами из вольфрама разного сечения. Значение сечения может быть 1; 1,6; 2; 2,4; 3; 3,2; 4; 4,8; 5,6; 6,4 миллиметров.

Для того чтобы можно было определить с первого взгляда, для чего применяется и к какому виду электрод относится, концы разных марок окрашивают в определённые цвета.

Значение цветов, в которые окрашивают электроды:

Тёмно-синий. Электроды WY-20. В его состав входит 2% иттрия.
Оранжевый WT-40. В составе содержит 4% оксида тория.
Фиолетовый — марки WT-30, в составе 3% оксида тория.
Красный WT-20 содержит 20% оксида тория.
Жёлтые WT-10 содержат 10% оксида тория.
Белые WZ-8 имеют в своём составе 0,8% оксида циркония.
Синие WL-20 имеют 2% оксида лантана.
Чёрные WL-10. В их составе имеется 1% оксида лантана.
Золотые электроды марки WL-15 обогащены 1,5% оксида лантана.
Серые WC-20. В них содержится 2% оксида церия.
Зелёным цветом обозначается чистый вольфрам. Он обозначается WP.

Маркировка электродов

Вольфрамовые электроды подразделяют на две группы: для работы на постоянном и на переменном токе. Они классифицируются и маркируются по международному стандарту EN 26848.

В России такие электроды выпускаются диаметром от 0,5 до 10 мм под маркировкой, в соответствии с ГОСТом 23949-80:

ЭВЧ – изготовленные из вольфрама;
ЭВТ — вольфрам с присадкой двуокиси тория;
ЭВЛ – вольфрам с присадкой лантана;
ЭВМ – вольфрам с присадкой иттрия.

Такие изделия не уступают качеством своим зарубежным аналогам.

Вольфрам и его сплавы

Вольфрам — самый тугоплавкий металл, так как температура его плавления равна 3422 градусов С. Существует несколько сплавов с вольфрамом, например, с кобальтом и хромом, которые характеризуются большой твердостью, стойкостью и износоустойчивостью. Сплавы с серебром и медью имеют высокую тепло- и электропроводность, а также стойкость к износу. Они применяются в производстве электродов для выполнения точечной сварки. Сварка вольфрамовыми электродами позволяет выполнить все поставленные производственные задачи и сэкономить расход сварочных материалов, в том числе электродов вольфрама.
Недостаток металла — это его хрупкость при 20 градусов С, поэтому обработку механическим способом возможно производить при температуре выше предела хрупкости, то есть от 300 до 500 градусов С.

Сферы применения

Знание областей применения тех или иных видов вольфрамовых электродов, а также их особенностей поможет сделать правильный выбор.

Каждый вид создан с определенной целью, определяющей виды производства, в которых они используются:

Электроды без легирования
используют для сварки никеля, алюминия.
Электроды WC-20
используются для сварки тантала, молибдена, высоколегированных сталей, титана, никеля, меди.
Электродами с маркировкой WL
можно выполнить напыление металла и плазменную сварку обычных и нержавеющих сталей в среде аргона, с использованием переменного или постоянного тока прямой полярности.
Электродами WZ
можно варить никель, алюминий, магний и их сплавы в среде аргона.
Электроды с красным наконечником WT 20
нужны для сварки меди, никеля, титана и высоколегированных сталей. Они отличаются хорошим стартом дуги и большим сроком службы, но могут быть опасны для здоровья при вдыхании сварочных газов и аэрозолей.

Ошибки

Быстрый расход вольфрамового прутка происходит по причине большого тока или недостаточности инертного газа при TIG сварке. Сварочный стержень окисляется в промежутках между свариванием из-за преждевременного выключения инертного газа. Он должен интенсивно идти 10-15 с после того, как погасла дуга.

Сварочный стержень может менять цвет из-за низкой скорости подачи защитного газа. Некачественный шов возникает при попадании в зону сварки паров воды. Часто это связано с неплотным соединением шлангов.

Преимущества

Неплавящийся вольфрамовый электрод обладает следующими преимуществами:

стабильная сварочная дуга;
наличие широкого ассортимента с различными характеристиками;
длительное время работы;
высокая экономическая эффективность применения.

Заточка

От формы наконечника зависит правильное распределение энергии в направлении свариваемых деталей и величина давления дуги, что, в свою очередь, определит форму шва. Поэтому к заточке нужно подходить серьёзно и со знанием дела. Заточку можно проводить на электрическом наждаке вручную, но лучших результатов добиваются при использовании специальных устройств.

Форма заточки определяется маркой электрода и параметрами свариваемых заготовок:

Марки WP
и
WL
должны заканчиваться шариком;
На марке WT
конец электрода должен иметь небольшую выпуклость;
Другие виды затачивают конусом (как карандаш).

Интересная особенность наблюдается при сваривании алюминиевых деталей – на конце электрода образуется сфера, и необходимость затачивания отпадает. Длина затачиваемого участка определяется диаметром прутка, умноженного на 2,5. Этот коэффициент является постоянным.

Для алюминия

Соединение алюминиевых деталей должно быть легким и прочным. Эти требования возможно выполнить, используя сварку. Но вся проблема в том, что при отличных эксплуатационных качествах, алюминий очень сложно сваривать.

Проблемы при сваривании обусловлены химическими и физическими свойствами металла. На поверхности изделий всегда присутствует алюминиевая окисная пленка, которая имеет температуру плавления более 2000 °C при том, что сам алюминий плавится уже при 650 °C. Это требует от сварщика удаления и прожигания окисной пленки до прогрева алюминия.

Алюминий на воздухе, да еще в разогретом состоянии быстро окисляется, что создает предпосылки для образования тугоплавкой пленки на расплавленном металле.

В результате шов получается неоднородным. Для устранения этого фактора необходимо обеспечить отсутствие доступа воздуха в зону сварки, что и делает аргон при вольфрамовом методе.

Текучесть алюминия в расплавленном состоянии требует применения различных теплоотводящих подкладок. Водород, выходящий из алюминия наружу при разогреве, создает множество пор, приводящих к ослаблению сварочного шва.

Большой коэффициент температурного расширения и возникающая поэтому усадка при остывании приводит к значительной деформации изделия. Высокая теплопроводность материала требует применения тока, который превосходит по значению ток, необходимый для соединения более тугоплавких материалов.

Для качественного соединения свариваемых деталей с учетом вышеописанных свойств, применение вольфрамового электрода для аргонодуговой сварки алюминия становится наиболее целесообразным. Лучшим решением в этом случае будет применение вольфрамовых стержней без добавок.

Для устранения окисной пленки на поверхности материала необходимо сварку производить непременно током обратной полярности.

Требования к процессу сварки

Технология и правила сварки

Для ручной аргонодуговой сварки вольфрамовыми электродами чаще всего используют инвертор. Во всем мире этот процесс известен как TIG. В таком режиме могут работать не только инверторы, но и другие типы сварочных аппаратов. Кроме того, различают работу на переменном токе (АС) и работу на стабилизированном постоянном токе (ДС).

Сварка ведётся в различных направлениях с расположением горелки под разными углами, в зависимости от толщины свариваемых материалов. Главное условие качественного шва – поддержание стабильной дуги. Проще всего получить хороший результат при работе на постоянном токе прямой полярности.

Очень важно правильно подавать присадочную проволоку и следить за нагревом электрода в процессе его заточки. При перегреве электрод становится хрупким и может переломиться.

Необходимое оборудование для сварки

Прежде всего, нам понадобится источник питания и лучшим выбором станет сварочный инвертор. К нему необходимо добавить следующие средства и материалы:

горелка;
газовый шланг;
неплавящийся вольфрамовый электрод;
защитный газ — аргон;
присадочная проволока — пруток.

Вместо аргона можно использовать гелий. Выбор газа решается технологами в зависимости от материала свариваемых деталей. Кроме обеспечения процесса всем необходимым оборудованием, необходимо не забывать о качественной подготовке кромок.

Техника безопасности

Сварка вольфрамом в среде защитного газа по праву считается одним из самых безопасных способов соединения деталей. Это обусловлено малым количеством вредных веществ, выделяемых в процессе сварки. Несмотря на это, необходимо стремиться к еще большему уменьшению опасных газов и механической пыли. Это достигается уменьшением скорости сварки, снижением величины сварочного тока и недопущения к свариванию поверхностей, загрязненных маслом.

Сварщики должны допускаться к работе только после прохождения всех видов инструктажа и после проверки актуальности их допусков. Особенно это касается допуска по электробезопасности. Сварщик должен знать специфику применения индивидуальных средств защиты и неукоснительно использовать их в своей работе. Только такой подход гарантирует многолетний труд без вреда для здоровья.

Оборудование

Сварочное оборудование TIG состоит из нескольких частей:

источника питания постоянного или переменного тока;
сварочной горелки с неплавящимся электродом;
баллонов с инертным газом с редукторами;
шлангов для его подачи к области сварки.

Электрод изготавливается из чистого вольфрама или его сплавов, имеет температуру плавления 3380 ⁰C. Это позволяет сваривать любые изделия из металла.

Он практически не плавится, периодически его конец требует заточки, что необходимо для получения качественного, тонкого шва. Представляет собой стержень с заточенным одним концом.

Электрод вставляется в цангу и закрепляется в горелке. Нерабочая часть вольфрамового стержня закрывается специальным колпаком, чтобы предотвратить его замыкание на массу во время производства работ.

Сварочная горелка TIG имеет кнопку подачи газа и напряжения. Головка заканчивается керамическим соплом, через который выглядывает заостренный кончик вольфрамового электрода. К ручке подсоединен газовый шланг.

Газ при нажатии кнопки выходит через сопло, предотвращая поступление воздуха окружающей атмосферы. Благодаря этому в сварочной ванне при TIG сварке отсутствует водород из атмосферы, а он, как известно, приводит к появлению пор в шве при кристаллизации остывающего изделия.

Какой инвертор подойдет для сварки алюминия

Выбор инвертора для сварки алюминия зависит от объема и сложности работы. Если ремонтом заниматься приходится нечасто, а к качеству соединения не предъявляется высоких требований, достаточно дешевого аппарата. В противном случае предпочтение отдается модели с функциями MMA и TIG. Таким аппаратом выполняются соединения электродами с покрытием и аргонодуговой сваркой. Для домашнего ремонта достаточно силы тока 200 А.

Для упрощения и ускорения работы при больших объемах следует обратить внимание на инверторы с осциллятором, позволяющим зажигать дугу бесконтактным способом. Полезной будет опция постепенного затухания дуги, управления балансом полярности и импульсный режим. Если предполагается частое перемещение инвертора, предпочтение следует отдавать компактным моделям. Они дороже аппаратов с аналогичными функциями, но удобней при перевозке.