Вольфрамовые электроды
Вольфрам – это самый тугоплавкий металл из всех существующих металлов. Температура его плавления составляет 3422 °С, температура кипения 5900 °С . Большую температуру плавления имеет лишь углерод. Вольфрам сохраняет твердость даже при очень высоких температурах. Это свойство вольфрама и определило его широкое применение в качестве не плавящегося электрода при сварке в среде инертных газов (аргон, гелий), или, как обычно говорят, аргоно-дуговой сварке.
В качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые прутки марок - ВРН, ВТ, ВЛ, СВИ-1 отечественного производства, изготавливаемые в соответствии с различными техническими условиями (ТУ 48-19-27-88, ТУ 48-19-309-79, ТУ 48-19-221-83 и т.п.), электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся марок - ЭВЧ, ЭВТ-15, ЭВЛ, ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3 по ГОСТ 23949-80, а также вольфрамовые сварочные электроды международных марок - WP, WT-20, WL-10, WL-15, WL-20, WY-20, WZ-8, WC-20.
Вольфрамовые прутки являются по сути лишь заготовкой для изготовления электродов. Сварочные вольфрамовые электроды имеют шлифованную поверхность, очищенную от окислов, технологических смазок и прочих загрязнений химической обработкой (травлением), мерную длину, прямой срез по торцам и отличительную маркировку.
Неплавящиеся электроды из практически чистого вольфрама (содержание не менее 99,5%) марок ВРН, ЭВЧ, WP применяются для сварки на переменном токе (AC).
Электроды обеспечивают хорошую устойчивость дуги как в аргоновой, так и в гелиевой среде при сварке на переменном токе, сбалансированном или не сбалансированном с непрерывной высокочастотной стабилизацией (с осциллятором).
Из-за ограниченной тепловой нагрузки рабочий конец электрода из чистого вольфрама формируют в виде сферической поверхности.
Основные свариваемые материалы: алюминий и его сплавы, магний и его сплавы, алюминиевые бронзы (БрАМц 9-2), латуни с высоким содержанием цинка (Л63, ЛС59-1 и т.п.).
Неплавящиеся сварочные электроды из вольфрама с активирующими добавками. Добавление в состав вольфрама окислов редкоземельных элементов (тория, лантана, иттрия, цезия), в качестве активирующей присадки, облегчает эмиссию электронов с катода и этим, во-первых уменьшает тепловую нагрузку на вольфрамовый электрод, а во вторых, повышает устойчивость сварочной дуги, легкость ее зажигания. Это дает возможность выполнять качественную сварку на постоянном токе прямой полярности (DC-), минус на электроде.
Примечание - обратная полярность (DC+), плюс на электроде, при аргоно-дуговой сварке не применяется, в связи с интенсивным разрушением вольфрамового электрода.
Торированные вольфрамовые электроды ВТ, ЭВТ, WT-20 — электроды из вольфрама с присадкой диоксида тория (1.7 - 2.2 %), применяются для сварки на постоянном токе прямой полярности (DC-).
Один из наиболее широко применяемых сварочных вольфрамовых электродов, особенно в США и других странах, который первым продемонстрировал явные преимущества легированного вольфрама над чистым вольфрамом при сварке на постоянном токе.
Торированные электроды не рекомендуется использовать для сварки на переменном токе.
Примечание: Торий считается слабо радиоактивным материалом и хотя не приводится каких-либо подтверждений отрицательного влияния использования этих электродов на здоровье сварщика, тем не менее, при больших объемах сварки в замкнутых пространствах и при массовой заточке электродов следует оборудовать рабочие места местной вентиляцией.
Основные свариваемые материалы: нержавеющие стали, металлы с высокой температурой плавления (молибден, тантал), ниобий и его сплавы, медь, бронза кремниевая, никель и его сплавы, титан и его сплавы.
Лантанированные вольфрамовые электроды ВЛ, ЭВЛ, WL-10, WL-15, WL-20 - универсальные электроды из вольфрама с присадкой оксида лантана - (1.1-1.4%) ВЛ, ЭВЛ; (0,8-1,2%) WL-10; (1,3-1,7%) WL-15; (1,8-2,2%) WL-20, одинаково пригодные для сварки на переменном и постоянном токе.
Добавление 1,5% (WL-15) и 2,0% (WL-20) оксида лантана увеличивает максимальный ток, несущая способность электрода примерно на 50% больше для данного типоразмера при сварке на переменном токе, чем чисто вольфрамового. Отличаются легким зажиганием дуги, устойчивостью ее горения и отличной характеристикой повторного зажигания.
Лантанированные электроды более долговечны и меньше загрязняют вольфрамом сварной шов. Оксид лантана равномерно распределен по длине электрода, что позволяет длительное время сохранять при сварке первоначальную заточку электрода. По сравнению с цериевыми и ториевыми, лантановые электроды имеют меньший износ рабочего конца электрода.
Основные свариваемые материалы: высоколегированные стали, алюминий, медь, бронза. Подходит для всех типов сталей и сплавов на переменном и постоянном токе.
Иттрированные вольфрамовые электроды СВИ-1, ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3, WY-20 - электроды из вольфрама с присадкой оксида иттрия - (1.5-2.3%) СВИ-1, ЭВИ-1; (2,0-3,0%) ЭВИ-2; (2,5-3,5%) ЭВИ-3; (1,8-2,2%) WY-20.
Иттрированый вольфрамовый электрод, наиболее стойкий из используемых сегодня неплавящихся электродов. Используется для сварки особо ответственных соединений на постоянном токе прямой полярности. Иттрированый вольфрам повышает стабильность катодного пятна на конце электрода, вследствие чего улучшается устойчивость дуги в широком диапазоне рабочих токов.
Основные свариваемые материалы: сварка особо ответственных конструкций из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей, титана, меди и их сплавов на постоянном токе (DC).
Церированные вольфрамовые электроды WC-20 — электроды из вольфрама с присадкой 2% оксида церия (церий — самый распространенный нерадиоактивный редкоземельный элемент) улучшает эмиссию электрода. Улучшает начальный запуск дуги и увеличивает допустимый сварочный ток. Электроды WC-20 — универсальные, ими можно с успехом сваривать на переменном токе и на постоянном прямой полярности.
По сравнению с чисто вольфрамовым электродом, цериевый электрод дает большую устойчивость дуги даже при малых значениях тока. Электроды применяются при орбитальной сварке труб, сварке трубопроводов и тонколистовой стали. При сварке этими электродами с большими значениями тока происходит концентрация оксида церия в раскаленном конце электрода. Это является недостатком цериевых электродов.
Основные свариваемые материалы: металлы с высокой температурой плавления (молибден, тантал), ниобий и его сплавы, медь, бронза кремниевая, никель и его сплавы, титан и его сплавы. Подходит для всех типов сталей и сплавов на переменном и постоянном токе.
Циркониевые вольфрамовые электроды WZ-8 — электроды из вольфрама с присадкой 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 электроды. Рабочий конец электрода при сварке на переменном токе обрабатывается в форме сферы.
Основные свариваемые материалы: алюминий и его сплавы, бронза и ее сплавы, магний и его сплавы, никель и его сплавы.
Заточка рабочего торца вольфрамового электрода при сварке на постоянном токе производится для повышения стабильности сварочной дуги.
Чем меньше угол заточки и больше длина конической части, тем лучше технологические свойства электрода - большая устойчивость дуги, легче ее зажигание, стабильнее процесс сварки, но, в тоже время, ниже стойкость вольфрамового электрода. Если угол заточки сварочного электрода менее 20 градусов, то появляется возможность снижения ресурса работы электрода, а если угол заточки превышает 90 градусов, то возможно неустойчивое горение сварочной дуги из-за блуждания катодного пятна по торцевой поверхности сварочного электрода.
Оптимальную величину подбирают исходя из величины сварочного тока. Обычно длину конусной части принимают L = 5-6 диаметров электрода, а величина притупления d = 0,2 - 0,5 мм. Заточку шлифуют только вдоль оси сварочного электрода.
При сварке на переменном токе заточку рабочего торца электрода не производят и она имеет сферическую форму.
Маркировка вольфрамовых электродов.
Правильный выбор марки вольфрамовых электродов имеет определяющее значение для качественного осуществления процесса аргоно-дуговой сварки.
Для того, чтобы исключить возможность случайного перепутывания, торцы вольфрамовых электродов имеют отличительную маркировку.
| Тип электродов | Марки электродов и маркировка | Род сварочного тока |
|---|---|---|
| Чистый вольфрам | ВРН (нет), ЭВЧ (нет), WP (зеленый) | переменный, AC |
| Торированные | ВТ (нет), ЭВТ (красный), WT-20 (красный) | постоянный DC (-) |
| Лантанированные | ВЛ (нет), ЭВЛ (черный), WL-10 (черный), WL-15 (желтый), WL-20 (голубой) | переменный и постоянный, AC/DC(-) |
| Иттрированные | СВИ-1 (нет), ЭВИ-1 (синий), ЭВИ-2 (фиолетовый), ЭВИ-3 (эеленый), WY-20 (синий) | постоянный, DC(-) |
| Церированные | WC-20 (серый) | переменный и постоянный, AC/DC(-) |
| Цирконивые | WZ-8 (белый) | переменный, AC |