Неплавящиеся вольфрамовые электроды

Вольфрамовый электрод - сварочный электрод, предназначенный для использования в аргонно - дуговой сварке металлов и сплавов. Вольфрам - самый тугоплавкий из известных металлов. Температура его плавления равна 3410 °С, температура кипения 10220 °С, плотность составляет 19,3 г/см³. Вольфрам сохраняет свою твердость даже тогда, когда раскален докрасна. Вольфрамовые электроды из-за высокой точки плавления не могут изготавливаться литьем. Поэтому они изготавливаются методом порошковой металлургии путем спекания с последующим сжатием и упрочнением. Чаще всего применяют электроды диаметром 1,6; 2,0; 2,5; 3,2 и 4,0 мм. Стандартная длина электрода – 50, 75, 150 и 175 мм. Длина также зависит от конструкции горелки.
Расход вольфрама во время сварки незначителен (сотые доли грамма на 1м сварного шва), а вольфрамовые электроды легированные оксидами редкоземельными элементами еще более стойки. В настоящее время доступны вольфрамовые электроды с широким диапазоном химического состава. В чистый вольфрам в целях улучшения сварочно-технологических свойств вводят различные окислы редкоземельных металлов: церий, лантан, иттрий, торий и цирконий.
Электрод является самым слабым звеном в цепочке обеспечения качества сварки. Неправильное использование, ненадлежащий выбор и подготовка электродов неизменно приводят к дефектным сварным соединениям. В некоторых случаях вполне допустимо ручное шлифование. Но иной подход требуется тогда, когда особенно важна безопасность сварных соединений и характеристики швов должны соответствовать строгим критериям приемочного контроля. Опытным путем было установлено, что оптимальная подготовка может привести к существенному увеличению срока службы электрода.

Разновидность электродов

WP — Вольфрамовый электрод с содержанием вольфрама не менее 99,5 %. Электроды обеспечивают хорошую устойчивость дуги при сварке на переменном токе, сбалансированном или не сбалансированном с непрерывной высокочастотной стабилизацией (с осциллятором). Эти вольфрамовые электроды предпочтительны для сварки на переменном синусоидальном токе алюминия, магния и их сплавов, так как они обеспечивают хорошую устойчивость дуги как в аргоновой, так и в гелиевой среде. Из-за ограниченной тепловой нагрузки рабочий конец электрода из чистого вольфрама формируют в виде шарика.

WC-20 — Вольфрамовый электрод легированный 2 % оксида церия (церий — самый распространенный не радиоактивный редкоземельный элемент), который улучшает эмиссию электрода и начальный запуск дуги, так же увеличивается допустимый сварочный ток. Электроды WC-20 универсальные, ими можно сваривать на переменном токе и на токе прямой положительной полярности. По сравнению с чисто вольфрамовыми электродами, электроды с оксидом церия дают большую устойчивость дуги даже при малых значениях тока. Электроды применяются для орбитальной сварки труб, сварки трубопроводов и тонколистовой стали.

WL-15, WL-20 — Электроды из сплава вольфрама с оксидом лантана имеют очень легкий первоначальный запуск дуги, низкую склонность к прожигам, устойчивую дугу и отличную характеристику повторного зажигания дуги. Добавление 1-2 % оксида лантана увеличивает максимальный ток, износ электрода на 50 % меньше чем у чистого вольфрамового электрода. Лантановые электроды более долговечны и меньше загрязняют сварной шов. Оксид лантана равномерно распределен по длине электрода, что позволяет длительное время сохранять при сварке первоначальную заточку электрода. Это серьезное преимущество при сварке на постоянном (прямой полярности) или переменном токе от улучшенных источников сварочного тока, сталей и нержавеющих сталей. При сварке на переменном синусоидальном токе рабочий конец электрода должен иметь сферическую форму.

WT-20 — Наиболее распространенные вольфрамовые электроды, поскольку они первые показали существенные преимущества легированных электродов над чисто вольфрамовыми (WP) при сварке на постоянном токе. Тем не менее торий — радиоактивный металл низкого уровня, таким образом, пары и пыль, образующаяся при заточке электрода, могут влиять на здоровье сварщика и безопасность окружающей среды. Сравнительно небольшие выделения тория при эпизодической сварке, как показала практика, не являются фактором риска. Но, если сварка производится в ограниченных пространствах регулярно и в течение длительного времени или сварщик вынужден вдыхать пыль, образующуюся при заточке вольфрамового электрода, необходимо в целях безопасности оборудовать места производства работ местной вентиляцией. При сварке на переменном токе торец вольфрамового электрода не обрабатывают в форме сферы, как для чисто вольфрамовых(WP) и лантановых (WL-20) электродов, взамен этого делают небольшие выпуклости. При сварке на переменном синусоидальном токе, дуга перебегает с выступа на выступ, вызывая брожение дуги, что часто не желательно при выполнении некоторых работ. Применяется для сварки нержавеющих сталей на постоянном токе.

WZ-8 - Электроды с добавлением 0,8% оксида циркония предпочтительны для сварки на переменном токе, когда не допускается даже минимальное загрязнение сварочной ванны. Электроды дают чрезвычайно стабильную дугу. Допустимая токовая нагрузка на электрод несколько выше, чем на цериевые, лантановые и ториевые вольфрамовые электроды. Рабочий конец электрода при сварке на переменном токе обрабатывается в форме сферы. Предпочтительны для сварки алюминия и алюминиевых сплавов.

Выбор правильного диаметра

Боковая поверхность и конец электрода при правильном выборе параметров режима сварки и размеров электрода должны блестеть» Матовая поверхность означает, что тепловая нагрузка на электрод превышает рекомендуемую. Если поверхность электрода после сварки приобретает синий, черный цвет или имеет зеленый налет, это означает, что расход аргона недостаточен или время продувки аргона после отключения дуги мало.
При длительной работе вольфрамового электрода на его рабочей поверхности у торца образуются наросты окислов вольфрама, так называемые коронки, которые могут приводить к произвольному перемещению катодного пятна и блужданию дуги по поверхности сварочной ванны. Вероятность образования «коронки» уменьшается при интенсивном охлаждении электрода и улучшении газовой защиты.

Рекомендуемый угол конуса для электродов различного диаметра и разных вариантов использования тока.

Оптимальная форма электрода определяется исключительно опытным путем с учетом параметров тока дуги, источника питания, горелки, свариваемого материала, его толщины и подготовки соединения. Как правило, большие углы обеспечивают увеличение срока службы электрода и хорошие условия для проплавления, а также позволяют выполнять сварку узкой дугой на форсированных режимах без опасности эрозии электрода. Уменьшение угла снижает вероятность блуждания дуги, способствует стабилизации горения дуги и позволяет сваривать на меньшем токе. Диаметр притупления вольфрамового электрода (катода) и угол заточки влияют на проплавляющую способность дуги. При уменьшении диаметра притупления повышается концентрация теплового потока, растет давление дуги и плотность тока. Глубина проплавления монотонно увеличивается при уменьшении диаметра притупления электрода.

Обработка конца электрода

Заточка вольфрамовых электродов должна производиться твердыми дисками с мелким зерном для избежания образования заусенцев и бороздок на торце электрода. Круг, на котором затачиваются вольфрамовые электроды, не должен применяться для других материалов, чтобы исключить попадание загрязнений.

Протекание сварочного тока происходит, в основном, в поверхностном слое электрода и зависит от качества поверхности. Царапины и следы шлифования оказывают большое влияние на проводимость электрода. Поэтому важно обеспечить шлифование электрода строго параллельно его оси. Оптимальная чистота поверхности должна составлять 0,5 Ra. В электродах, шлифованных перпендикулярно оси, или чистота поверхности которых больше 0,5 Ra, ток протекает нестабильно, что, в свою очередь, может вызывать:

• загорание дуги вне конца электрода;
• блуждание дуги;
• уменьшение срока службы электрода.

Прутки

Присадочный пруток или TIG-присадка представляет собой прямую проволоку (чаще всего длинной 1000 мм), которая используется для формирования сварного шва при аргонодуговой сварке. Поставляется в специальных тубусах.
Использование: Сварщик держит её свободной от аргоновой горелки рукой, постепенно подавая (присаживая) ее в зону формирования сварного шва. Часто, сварщики применяют проволоку, смотанную с катушек для MIG/MAG способов, распрямленную до некоторой степени и нарезанную на отрезки.  В основном, используются прутки диаметров от 1,0 до 4,0 мм.
По химическому составу присадочные прутки TIG  мало отличаются от сварочной проволоки для MIG/MAG способов, разве что требования к механическим требованиям (жёсткость, пластичность)  существенно меньше.  

Присадочные прутки применяются для сварки различных типов материалов, а именно для: нержавеющих, углеродистых, низколегированных, жаростойких сталей; алюминия; чугуна; меди; никеля, а также их сплавов.
Рассмотрим различия в покрытии и механических свойствах прутка присадочного, предназначенного для сварки разных металлов:

1. Нержавеющие стали. Прутки имеют высокую стойкость к коррозии, как точечной, так и межкристаллитной, в том числе и при высоких температурах. Используются для наплавки газовых клапанов и арматуры, в корабельном строительстве, для ремонта различных деталей и др. Имеют широкий диапазон рабочих температур.

2. Алюминий и сплавы. Имеют высокую стойкость к растрескиванию, в том числе и при высоких температурах. Используются для алюминиево-магниевых и алюминиево-кремниевых сплавов, в состав может входить цирконий.

3. Медь и сплавы. Имеют высокую электропроводность, хорошую вязкость и текучесть. Применяются в различных сферах, начиная от судостроения и заканчивая электротехнической промышленностью. Позволяют добиваться ровного высокопрочного шва без пор.

4. Никель и сплавы. Характеризуется стойкостью к окислению, высокой прочностью и возможностью использования в большом диапазоне рабочих температур, может применяться в том числе и для сварки разнородных сплавов.

Проволока сварочная

Сварочная проволока применяется для сварки и наплавки низколегированных и углеродистых сталей в различных областях. Использование сварочной проволоки позволяет получить надежные и аккуратные швы, способные выдерживать высокое давление, непрерывный механизированный процесс сварки, низкий расход материала и стабильное горение дуги.

Сварочная проволока выбирается в зависимости от того, какую задачу необходимо решить, будь то сварка труб, кузовов, емкостей, сварка судостроительной стали. Для решения определенных задач требуется определенный вид проволоки.

Рядная намотка проволоки - прецизионная укладка проволоки на пластиковую цельнолитую или каркасную кассету (т.н. еврокассету), обеспечивающая легкий, без заеданий и рывков съем проволоки, что гарантирует высокое качество сварочного шва, не опасаясь, что сварочная проволока сойдётся сразу несколькими петлями и наделает узлов. В свою очередь это приводит к значительной экономии при выполнении сварки, так как практически не бывает обрывов и  застревания  проволоки в мундштуке, что приводит к неоправданным потерям рабочего времени и расходу материалов, а так же уменьшает срок службы дорогостоящих сварочных полуавтоматов. Обычно используется для сварочных полуавтоматов и автоматов, а также роботов-сварщиков.

По назначению различают следующие основные виды сварочной проволоки:

• стальная сварочная проволока;
• самозащитная  порошковая (флюсовая) проволока для сварки без защитного газа;
• проволока для сварки цветных металлов (нержавейка и алюминий).

Остановимся теперь на каждом из видов более подробно.

Стальная сварочная проволока

Стальная сварочная проволока бывает как с неомедненной, так и с омедненной поверхностью для сварки конструкций из низколегированной и углеродистой стали с разным содержанием углерода.
Большее распространение получила омедненная проволока, за счёт лучших показателей при сварке. Омедненная поверхность проволоки предназначена для достижения максимального качества сварочного шва и соединений, которые выдерживают высокие температурные и ударные нагрузки, и оказывают сопротивление разрыву.
По химическому содержанию углерода и легирующих элементов стали выделяют три группы сварочной проволоки:

• низкоуглеродистая сварочная проволока;
• легированная сварочная проволока;
• высоколегированная сварочная проволока.

Чем меньше содержание углерода в сварочной проволоке, тем пластичнее металл. В зависимости от марки проволоки, в ней могут присутствовать различные легирующие элементы, такие как марганец, кремний, никель, хром титан и другие. Чем меньше в проволоке содержания примесей фосфора и серы, тем качественнее проволока, а соответственно и сварочные швы и соединения будут более надежны.
Такая проволока применяется от простых сварочных работ до сварки судостроительной стали, сварки труб большого диаметра, а так же для сосудов и емкостей, находящихся под высоким удельным давлением.

Омедненная проволока предназначена для сварки в среде защитных газов: CO2, Ar/CO2, Ar/CO2/O2. Диаметр, жесткость и толщина медного слоя точно выдерживаются по всей длине проволоки. Омедненная поверхность в защитных газах оказывает существенное влияние на устойчивость горения дуги, уровень разбрызгивания, качество швов и надежность эксплуатации сварочных полуавтоматов и автоматов.
Отличительной характеристикой данной проволоки является предельно низкие отклонения размеров от номинальных и ровное сплошное покрытие медью..
Наиболее популярными марками омедненной проволоки являются зарубежная ER-70S-6 и ее отечественный аналог Св-08Г2С. Сварочная проволока марки ER70S-6 по химическому составу и механическим свойствам наплавленного шва наиболее близка российскому аналогу Св08Г2С, хотя превосходит его по некоторым показателям. Омедненная проволока гарантирует высокие сварочно-технологические свойства, стабильность механических свойств металлошва и надежность сварных соединений. Ввиду точной и плотной намотки и высокой точности геометрических размеров эксплуатационные показатели сварочной проволоки ER70S-6 значительно выше российских аналогов.
К основным преимуществам данных видов проволоки можно отнести следующие:

• стабильные геометрические размеры;
• минимальная постоянная толщина омедненного слоя, его высокая прочность;
• высококачественная рядная намотка, обеспечивающая равномерное распределение усилия подачи проволоки в направляющих роликах;
• низкое содержание вредных примесей - серы и фосфора;
• устойчивое горение дуги в широком диапазоне режимов сварки при использовании сварочного оборудования любого класса сложности;
• минимальное разбрызгивание электродного металла при сварке в защитных газах;
• хорошая растекаемость металла и высокое качество шва;
• низкий расход медных наконечников;
• повышение уровня механизации сварочных работ;
• хорошее повторное зажигание дуги (специально для роботизированной сварки).

Подводя итог всему вышесказанному, омедненная сварочная проволока разработана для тех потребителей, которые ценят чистый и надежный сварной шов, а так же свое рабочее время. Многолетний опыт применения сварочной проволоки с омедненной поверхностью свидетельствует о ее несомненных преимуществах перед проволокой с другими видами покрытий.

Стандарты омедненной проволоки:
AWS A5.18-93: ER 70 S-6, ГОСТ2246-70: Св-08Г2С, EN 440-94: G3Si1; DIN 8559: SG2;

Самозащитная флюсовая ( порошковая) проволока.

Самозащитная флюсовая (порошковая) проволока предназначена для использования при полуавтоматической сварке углеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей без применения защитных газов. Порошковая проволока классифицируется по основному назначению, способу применяемой защиты, возможности сварки в различных пространственных положениях, механическим свойствам, типу сердечника и т.д.
Наиболее популярной среди потребителей на сегодняшний день является самозащитная проволока с флюсовым сердечником (флюсовая). Наличие флюсового сердечника позволяет проводить сварочные работы в режиме безгазовой сварки. Порошковая проволока хоть и стоит дороже, но по сравнению с обычной, если посчитать расходы на покупку баллона, его заправку и перевозку, то получается, что при своей более высокой стоимости, выходит гораздо экономичнее и удобнее. Кроме того, содержание в проволоке различных раскислителей в виде порошка, а также стабилизаторов горения сварочной дуги и шлакообразующих материалов позволяет использовать проволоку для сварки и в стандартных условиях, и даже при ветреной погоде.
Одной из наиболее популярных марок флюсовой проволоки является E71T-1. Это основная порошковая проволока для механизированной сварки низкоуглеродистых и углеродистых сталей, которая широко используется в таких областях как строительство, машиностроение, транспортное машиностроение, производство металлоконструкций и т.д. К основным достоинствам проволоки E71T-1 можно отнести следующие:

• прекрасная свариваемость;
• проплавление корня шва без последующей термообработки;
• малое разбрызгивание;
• высокие механические свойства наплавленного металла, особенно при низких температурах.

Таким образом, сварочная проволока с флюсом отлично подходит для сварочных работ  без использования газа и обеспечивает высокое качество и хорошую прочность сварочных швов.    

Нержавеющая проволока.

Проволока нержавеющая – это проволока с антикоррозийными свойствами. Производится нержавеющая стальная проволока из высоколегированной, устойчивой к многим видам коррозии (агрессивные среды, почвенная коррозия и др.) и жаростойкой стали. Устойчивость к окислению «нержавейка» приобрела благодаря преобладанию хрома в составе сплава стали и других металлов.  Проволока из нержавейки обычно используется для сварки деталей из нержавеющей стали и является одной из самых популярных видов  проволоки, т.к. срок службы по сравнению с остальными видами проволоки намного больше.
Благодаря специфичной обработке, которая дает высокую прочность и антикоррозийные свойства, нержавеющая сварочная проволока используется в машиностроении, энергетике, пищевой, нефтяной, химической промышленности, строительстве, при изготовлении бытовых предметов, медицинского оборудования и пр. Не обойтись и без сверхпрочной нержавеющей проволоки при сварке швов.
Нержавеющую проволоку можно классифицировать на термически обработанную и холодноподтянутую; обработанную оксидами (оксидированную) и светлую (без окислов); имеющую нормальную и повышенную точность с различными классами пластичности. Поэтому существует большое количество разновидностей проволоки в зависимости от химического состава и свойств свариваемого металла.
Основное применение проволоки это сварка нержавеющей стали различных марок, при этом проволока используется в качестве электродов или источника металла для сварочного шва и с успехом применяется как при газовой сварке, так и при электродуговой в среде аргона, гелия и т.п. инертных газов.

Алюминиевая проволока.

Алюминиевая проволока является одним из самых востребованных видов изделий из алюминия. Помимо использования при сварке как присадочного материала она применяется для производства кабелей, проводов, электроприводных сетей, используется в пищевой промышленности, автомобилестроении, строительстве, а так же как сырьевой материал для изготовления различных деталей, сеток и так далее.
Однако одной из самых важных сфер применения данной проволоки является сварка алюминия и его сплавов. Сварка при помощи алюминиевой проволоки способна обеспечить соединениям ряд важных качеств: прочность, стойкость, пластичность, защиту от горячих трещин и устойчивость к коррозийному разрушению. Сварочная проволока алюминиевая является незаменимым материалом во многих отраслях.
Для изготовления этого материала используется как алюминий, так и его сплавы.
Среди достоинств материала можно выделить высокую прочность при минимальной массе, относительно низкую цену, высокую сопротивляемостью к коррозии, простоту обработки и пластичность. Стоит отметить также и то, что производство алюминиевой проволоки с каждым годом совершенствуется, появляются новые сплавы.