Из какого материала изготавливают неплавящиеся электроды для проведения сварочных работ

Обновлено: 19.09.2024

Электроды для сварки

Неплавящиеся электроды используют при ручной или автоматической сварке стали и цветных сплавов в среде защитного газа. Для формирования шва применяют присадочную проволоку, которая плавится под воздействием дугового разряда. Использование защитной атмосферы снижает риск образования вредных примесей, негативно влияющих на качество сварки.

Когда были созданы неплавящиеся электроды

Идея применения неплавящихся угольных электродов для сварки металлов была впервые выдвинута российским изобретателем Н. Н. Бенардосом в 1882 г. Поскольку работы велись без подачи инертного газа в зону расплава (несмотря на появление первых патентов в 1890 г.), то качество соединения, насыщенного частицами углерода, было низким. По этой причине в начале XX столетия распространение получили плавящиеся электроды с покрытием, которое защищало сварной шов.

В 1920 г. появляются первые установки, позволяющие вести работы неплавящимся инструментом в среде защитного газа (технология ТИГ).

Позднее стали выпускаться электроды из сплавов на основе вольфрама, позволившие повысить силу тока и стабилизировать горение дуги. Для защиты шва от влияния атмосферного воздуха применяли инертные газы (например, аргон или гелий либо смеси указанных материалов).

Характеристики неплавящихся электродов

Вольфрамовые электроды имеют диаметр от 2 до 6 мм и наконечники, оформленные под удлиненный конус с притупленной вершиной (для постоянного тока) или под сферу (для переменного питания). Инструмент затачивают вручную или на станках с направляющей для установки стержня. Электроды рассчитаны на использование при прямой (отрицательный полюс подключен к свариваемым деталям) или обратной полярности, могут эксплуатироваться на переменном токе (в этом случае понятие полярности отсутствует).

Отличия от плавящихся электродов

При сварке плавящимся электродом стык заливается расплавами материала от стенок сопрягаемых деталей и металлического стержня. Защита рабочей зоны осуществляется газами, образующимися в результате горения флюса, нанесенного на поверхность электрода.

В процессе сварки длина инструмента уменьшается, что заставляет сварщика периодически менять оснастку.

Сфера применения

для неразрывного соединения тонких листов материала;
стыковки крупногабаритных элементов из углеродистых, легированных сталей или цветных металлов;
сварки стальных заготовок с деталями из цветных сплавов;

Неплавящиеся электроды используют для сварки металлических емкостей для авиационной, космической, пищевой или нефтеперерабатывающей промышленности. Технология позволяет сваривать конструкции из титана, никеля, бронзы с повышенным содержанием кремния.

Допускается применение методики при нанесении покрытия из одного материала на поверхность другого.

Разновидности расходников

Для выполнения работ используют электроды с высокой температурой плавления, превышающей порог перехода в жидкую фазу свариваемых заготовок и температуру дугового разряда. Помимо графитовых или угольных стержней применяют инструменты из чистого вольфрама или сплавов на его основе. Материал электрода подбирают в зависимости от толщины и химического состава свариваемых деталей.

Графитовые

Данный вид устойчив к воздействию высоких температур и имеет повышенную долговечность по сравнению с угольными стержнями. Применяется для промышленной сварки медных сердечников кабелей или деталей, изготовленных из сплавов на основе меди или алюминия. Электроды могут использоваться для соединения конструкций из сталей с пониженным содержанием углерода (шов не отличается высокой механической прочностью) или для заделки дефектов на чугунных отливках.

Угольные

Применяются при воздушно-дуговой разделке стальных листов или для устранения дефектов на поверхностях толстостенных заготовок (как с подачей присадочного материала, так и без проволоки). Сила тока в цепи до 600 А (достаточно для нагрева до температуры плавления конструкционных и низколегированных сталей). Предназначены для промышленного использования, в бытовых сварочных аппаратах не встречаются.

Вольфрамовые

Изделия предназначены для бытового или промышленного использования, позволяют соединять детали из различных металлов в среде инертного газа. Аргонодуговая сварка ведется электродами с сердечником диаметром 1-4 мм, покрытым защитным напылением. Поскольку температура плавления вольфрама выше температуры дуги, то инструмент не изнашивается и позволяет сваривать листы легированной стали. Для изменения рабочих характеристик в состав металла инструмента вводятся присадки (например, торий, иттрий или оксид лантана).

В соответствии с ГОСТ 23949-80, выпускаются следующие виды электродов:

ЭВЧ – из чистого металлического вольфрама без легирования;
ЭВЛ – с вводом 1,1-1,4% окиси лантана;
ЭВИ – с использованием 1,5-3,5% окиси иттрия;
ЭВТ – с содержанием 1,5-2,0% двуокиси тория (отличаются небольшой радиоактивностью и используются редко для сварки специальных конструкций).

Применимость переменного и постоянного тока зависит от марки электродов. Например, стержни серии ЭВЧ рассчитаны на подачу только переменного напряжения. Прочие изделия могут работать на любом токе и при прямой либо обратной полярности. Следует учитывать, что в процессе сварки происходит постепенное выгорание тугоплавкого сердечника (например, для вольфрамового стержня нормой считается сокращение длины на 10 мм на протяжении 5 часов непрерывной работы).

Плюсы и минусы эксплуатации

Преимущества технологии использования неплавящихся стержней:

повышенная устойчивость дугового разряда в среде защитного газа, не зависящая от полярности подключения;
при формировании шва доля основного металла (расплава из тела заготовок) варьируется в пределах от 0 до 100%;
предусмотрена возможность изменения химического состава в линии соединения (за счет введения присадочной проволоки разного типа);
применимость для сварки заготовок из стали любой категории либо цветных металлов или их сплавов;
возможность соединения деталей, выполненных из разнородных материалов (например, нержавеющей стали и алюминия);
допускается корректировка геометрии стыка путем изменения угла установки инструмента и скорости подачи;
уменьшенная зона температурного воздействия, сокращающая риски деформации и образования трещин;
шов не требует зачистки от флюса и окалины, а также шлифовки.

К недостаткам дуговой сварки неплавящимся электродом (TIG) относят:

повышенное энергопотребление (по сравнению с аппаратурой для работы с плавящимися электродами);
необходимость применения специальных установок для розжига дуги;
ускоренное охлаждение линии соединения, приводящее к образованию усадочных трещин;
проблему с подводом защитного газа в рабочую зону при сварке на улице в ветреную погоду;
необходимость предварительной разделки кромок;
затрудненную сварку под острыми углами к поверхности из-за конфигурации горелки;
наличие следа от розжига дуги вне зоны сварки, требующего последующей зачистки;
насыщение материала шва углеродом (касается технологий с использованием электродов из графита или угля).

Оборудование для сварки

Для ручной сварки вольфрамовым электродом используется аппарат с головкой, внутри которой расположен сменный сердечник. Поверх установлен колпак с трубопроводом для подачи инертного газа и питания к контактной трубке на электроде. Дуга горит в промежутке между наконечником тугоплавкого стержня и соединяемыми деталями, выделяющееся тепло расплавляет кромки и присадочный пруток. Оборудование предусматривает повышенные требования к квалификации сварщика, который должен поддерживать дугу и одновременно подавать проволоку для формирования прочного шва.

Бытовые аппараты для работы вольфрамовым электродом состоят из узлов:

корпуса, внутри которого находится источник постоянного или переменного тока (встречается оборудование с возможностью выбора типа питания);
ручной сменной горелки с держателем из диэлектрика (габариты цанги зависят от диаметра электрода и величины сварочного тока);
газового сопла из керамического композита, выдерживающего длительный нагрев до высокой температуры (возможно применение газовой линзы, формирующей ламинарный поток);
емкости для хранения газа и шлангов для подачи защитной атмосферы к горелке;
осциллятора, обеспечивающего розжиг дуги.

Оборудование может содержать дополнительные приборы, управляющие процессом сварки (например, включающие подачу газа до момента розжига дуги). Встречаются приборы с поддержкой импульсной сварки, позволяющие получать шов в виде последовательности наложенных друг на друга точек.

Сварщик вручную регулирует длительность импульса, добиваясь формирования равномерного соединения деталей.

Особенности технологии дуговой сварки неплавящимся электродом

Технологический процесс TIG предусматривает применение переменного или постоянного тока (TIG-AC и TIG-DC соответственно), при использовании постоянного напряжения отрицательный вывод подключается к детали или инструменту (прямая и обратная полярность). При обратной полярности используют электроды с увеличенным диаметром сердечника. Применение переменного тока негативно сказывается на стабильности дуги, технология рассчитана на соединение деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.

От выбранной полярности зависит тепловой баланс процесса сварки. При прямом подключении до 85% мощности дуги уходит на нагрев и плавление материала заготовок и присадочной проволоки, при обратной коммутации параметр сокращается до 50%. Для повышения эффективности работы аппаратов с подачей переменного тока используют электронные стабилизаторы разряда.

Длина дуги выдерживается в пределах 1,5-3,0 мм, напряжение в цепи питания составляет 20-35 В. Наконечник неплавящегося инструмента имеет вылет в пределах 3-5 мм, при выполнении угловых швов допускается увеличение параметра до 5-7 мм. В зависимости от толщины свариваемого материала используют левое или правое положение распылителя на горелке, обеспечивающего подачу инертного газа.

Особенности работы в газовой среде

Требования при выполнении сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов:

Электродуговая сварка вольфрамовым стержнем производится с глубоким погружением наконечника в линию стыка между заготовками. Образующаяся короткая дуга позволяет получить прочное соединение и не оказывает негативного воздействия на исходные характеристики металла деталей.
Механизированная сварка предусматривает перемещение электрода силовым приводом с заданной скоростью, наконечник должен располагаться по центральной линии будущего сварного шва (как по вертикали, так и по горизонтали). Отклонения в стороны приводят к падению прочности линии стыка, непроварам и ухудшению внешнего вида конструкции.
Присадочная проволока и наконечник электрода располагаются внутри факела защитного газа, который предотвращает насыщение нагретого и расплавленного металла атмосферным кислородом и азотом. При нарушении подачи инертного газа линия стыка становится хрупкой из-за проникновения вглубь материала посторонних примесей.
Присадочная проволока подается сбоку от сварочной ванны, что предотвращает вскипание материала и образование брызг. Если осуществляется ручная дуговая сварка в среде защитного газа, то пруток аккуратно подается под углом к поверхности соединяемых деталей.
Включение и отключение подачи газа осуществляется за 10 секунд до начала розжига дуги и после окончания сварки. Пауза необходима для сокращения расхода материала электрода, равномерного охлаждения расплава и предотвращения образования на поверхности оксидной пленки.
Соединяемые поверхности необходимо очистить от ржавчины и следов загрязнений металлической щеткой, обнаруженные масляные пятна удаляют органическим растворителем. Перед началом сварки нужно выставить режим работы аппарата (сварочный ток и скорость соединения зависят от толщины заготовок, вида и диаметра электрода).

Видео по теме

В представленных видео показаны технологии сварки неплавящимися электродами разных образцов.

Продемонстрирована процедура подготовки оборудования и заготовок, приведены примеры ошибок при выборе режимов сварки.

Какие бывают электроды для сварки

Для восстановления различных изделий из металла основным инструментом стали электроды для сварки. Однако с развитием технологии сфера их применения расширилась.

Назначение и классификация

Такая продукция популярна как на крупных предприятиях, так и среди частников. Кроме того, популярные разновидности и существующие марки электродов используются для одинаковых целей.

Поэтому до того, как приступить к cварке, надо знать, какие расходники потребуются в том или ином виде деятельности:

при ремонте;
соединении деталей;
устранении трещин;
наплавлении металла;
для резки.

В каждом отдельном случае потребуется особое вещество, которое вводится в состав электрода или его покрытия. Поэтому назначение и цена каждой разновидности отличаются. Разнообразие продукции привело к тому, что появилось много нестандартизированных названий, круг применения которых узок.

Поэтому основным классификатором стал материал стержня, из которого продукция сделана.

Из неметаллических вариантов можно выбрать:

угольные для резки плавления отверстий в различных марках стали;

Металлические бывают неплавящимися и плавящимися. К первым относят группу товаров, которые сами непосредственно не участвуют в создании сварочного шва:

лантанированные с высокостабильной дугой и низкой температурой расплавления;
торированные с повышенной стоимостью к коррозии;
иттрированные с повышенной стойкостью.

Плавящие электроды непосредственно расплавляют кромки соединяемых деталей.

5 марок углеродистых, 23 легированных и 28 высоколегированны стальных;
чугунные;
из цветных металлов – меди, бронзы, алюминия.

Одним из главных классификаторов стала химическая составляющая.

Исходя из этого можно выделить такие разновидности:

Руднокислые с повышенной скоростью плавления. Используются для инверторных и трансформаторных аппаратов, что делает их самыми распространенными среди прочих марок. При сварке выделяют много едкого дыма, что разрушает здоровье операторов и требует принятия повышенных мер по охране труда.
Рутиловые с добавкой двуокиси титана. Более безопасные, чем предыдущие. Характеризуются низким разбросом окалины и формируют аккуратный шов.
Смешанные рутил-целлюлозные.
Фтористо-кальциевые для работы с постоянным обратным током.
Органические с целлюлозным покрытием. С ними сварщику удобно работать в любой позе, с постоянным и переменным током.
Ильменитовые с плавной и стабильной дугой.

Состав и свойства электродов

Самое важное свойство в разделении сварных расходников по типу сварки, для которого они пригодны. Необходимо рассматривать самые широко используемые из них.

Для точечной сварки

При таком способе соединения в качестве шва выступает точка размером с диаметром рабочей поверхности стержня. Чаще всего это металлический электрод с основой из меди, изготовленный в соответствии с ГОСТом-14111-90. Окружность его изменяется от 10 до 40 мм.

Для выполнения работ необходимо точно подобрать его размер и тип рабочей поверхности:

цилиндрический;
конический;
сферический или со скошенным рабочим концом;
с переходным цилиндрическим участком;
сплошной или составной.

Мастера иногда сами затачивают электрод, но при этом нужно удостовериться в соответствии инструмента предъявляемым требованиям и по мере необходимости выбраковывать неподходящие экземпляры.

Это происходит при увеличении рабочей зоны более чем на 20% от первоначального габарита.

Преимуществами подобного вида сварки стали:

простота выполнения;
эстетика сварочного пятна;
высокая производительность;
использование инверторов в процессе работы.

Недостатком считается низкая герметичность шва.

Для ручной дуговой

В этом случае следует рассматривать характеристики обмазки, которая применяется для стабилизации дуги во время выполнения операции. Каждая из классификаций сварочных электродов здесь предусматривает каждую особенность как материала свариваемых деталей, так и свойства покрытия, позволяющего выполнить наиболее качественный шов.

Среди электродов для дуговой сварки выделяются самые популярные:

Легированные, с химическими добавками для улучшения эксплуатационных характеристик. У подобного инструмента в маркировке имеется буква Т.
Если в названии стержня есть литера У, то в процессе производства использованы металлы с повышенным содержанием углерода. Подобные соединения увеличивают механическую прочность соединения на разрыв до 600 МПа.
Популярны электроды из конструкционной стали, помечаемые знаком Н. Они предназначены для напайки металлов для усиления специализированных эксплуатационных качеств соединения.

Другие виды

Для ручной и электродуговой сварки существуют не только электроды в виде отдельных стержней.

В зависимости от потребностей и условий работы в качестве расходников можно применять:

Сварочную проволоку из медного, алюминиевого сырья. Она изготавливается в соответствии с ГОСТом 2246-70, который допускает 77 разновидностей сердечников – низкоуглеродистых, низко- и высоколегированных, цветных металлов. Толщина стержня составляет 0,3-12,0 мм в случае ручного применения, до 3 мм для полуавтоматов и 2,5 мм для автоматической сварки. Для наплавочных работ есть более толстые виды проволоки. Для прочности и чистоты шва, повышения устойчивости горения дуги и уменьшения разбрызгивания окалины рекомендуется использовать омедненные типы изделий.
Следующая разновидность материала для сварки – порошковая, флюсовая или самозащитная проволока. Ее используют в полуавтоматических аппаратах в виде металлической оболочки с наполнением из ферросплавов, минералов, химикатов, рудных пород. Этот компонент предназначен для защиты стыка из железа от окисления, легирования, раскисления соединения и стабилизации дуги. С помощью этой технологии появилась возможности отказаться от применения газовых баллонов.

Значение маркировки

Обозначение электродов на упаковке стандартизировано для всех производителей.

Показателей много, поэтому нужно разобраться хотя бы с основными из них:

Первым проставляется тип стержня. Буква Э означает предназначенные для ручной сварки с помощью дуги, А – пластичность шва, а цифра – предел механической прочности.
Далее печатают марку электрода. Это название предписывается ГОСТом или патентуется производителем самостоятельно.
Диаметр стержня указывается в мм.
Назначение маркируется заглавными литерами У, Л, Т, В, Н.
Толщина покрытия (обмазки) -толстое Д, тонкое М, среднее С, максимальное Г.
Групповой индекс включает показатели стойкости шва к коррозии, его жаропрочность, максимальную рабочую температуру и прочие характеристики для специалистов
Химический состав обозначен буквами по названию основного элемента и их комбинаций.
Положение, в котором надо работать с электродом, имеет 3 варианта. Вертикальное указано цифрой 2, универсальное – 1, горизонтальное в вертикальной плоскости – 3, для сварки нижних углов – 4. Это международный стандарт маркировки.

Марки качественных электродов

Среди продукции различных изготовителей есть фирмы, ставшие наиболее популярными на рынке сварочных расходников за счет качества, низкой стоимости и доступности для потребителей.

Среди таких производителей выделяют:

Российский бренд УОНИ, продукция которого выпускается также в ближнем зарубежье. Работают со всеми видами стали и чугуна. Получаемые швы соответствуют требованиям отечественных стандартов.
Японская компания Kobelco сертифицировала линейку продукции Lb-52U с надежной защитой внутри стыка, легким отбитием шлака, минимальным количеством окалины. Продукция аттестована НАКС.
Предприятие ESAB представляет несколько типов электродов. ОК 94.25 работают с чугуном, оловянной бронзой, цветными металлами. ОК 96.20 для сварки алюминия без использования инертных газов. ОК 61.30 для обработки нержавеющей стали под термической нагрузкой.

Кроме того, распространена продукция таких заводов, как KISWEL (Южная Корея); Ресанта; Lincoln Electric (США), QUATTRO ELEMENTI (Италия).

Неплавящиеся электроды для сварки: виды и особенности

Виды сварки

Дуговая сварка неплавящимся электродом осуществляется в защитной атмосфере инертного газа и представляет собой один из высокоэффективных методов выполнения дуговой сварки путем плавления металла.

Применяется такая технология в большинстве случаев для работы с металлоконструкциями из алюминия, магния, а также их сплавов, нержавеющей стали, никеля, меди и ряда иных металлов с неферромагнитными качествами.

Виды неплавящихся электродов

Для дуговой сварки металлоконструкций применяются неплавящиеся электроды. Это расходный материал для сварочных работ, который не имеет металлической природы и свойств, присущих металлам. Подобный метод сварных операций был изобретен очень давно руками Н. Н. Бенардоса.

Разновидности сварочных электродов.

Сегодня при выполнении соединений конструкций из металла применяются три основных типа неплавящихся стержней:

Угольный неплавящийся электрод активно применяется при воздушно-дуговой резке металлов с целью устранения с поверхности изделий разного рода дефектов.
При этом сварку нужно проводить на токах силой, не более 580 Ампер. Также такой расходный материал для сварки используют при создании соединений металлических деталей в тонкостенных конструкциях из стали и цветных металлов. Угольные сварные электроды бывают круглыми и плоскими, сложенными вдоль линии варки или подающимися в сварную ванну. Они могут применяться вместе с присадкой или без нее, что определяется технологией проведения сварных работ.
Графитовые стержни актуальны при сварке цветных металлов, а также их сплавов.
Но особенно часто они применяются при работе с медными проводами. Графитовые расходники доступны по стоимости и довольно распространены на отечественном рынке, так как характеризуются рядом неоспоримых достоинств. Среди них: низкий износ, высокая стойкость к температурному воздействию, отличная способность к обработке.
Вольфрамовый сварной электрод изготавливается в виде стержня с диаметром 1-4 мм и наиболее часто применяется в производстве и быту.
Такой расходный материал отличается высокой тугоплавкостью, то есть, плавится при более высоких температурах, нежели иного рода стержни. Он позволяет сваривать разнообразные металлы без применения защиты в виде газа. Хотя вполне реально осуществлять сварку вольфрамовым электродом и при таких условиях, если в этом есть необходимость. В зависимости от состава, изделия делят на несколько групп: лантанированные, иттрированные, торированные, стандартные.

На заметку! Электроды вольфрамового типа с добавлением тория отличаются радиоактивностью. Несмотря на то, что этот показатель невелик, они перестали применяться на крупных промышленных предприятиях.

Все описанные виды электродов для сварных работ причисляются к классу неплавящихся, так как в процессе выполнения сварочных работ стержень либо вовсе не плавится, либо плавится незначительным образом.

При любом варианте развития событий материал стержня практически не участвует в процессе образования наплавленного металла и сварного соединения.

Сварка неплавящимися электродами

Схема сварки в среде защитного газа.

Неплавящиеся электроды активно применяются на крупных предприятиях:

при необходимости осуществить сварку тонколистового металла;
для проведения сварных работ со сталями всех классов, цветного металла, а также их сплавов;
при необходимости получить высококачественные сварные соединения разнородных металлов.

Преимущества, которыми характеризуется сварка неплавящимся электродом:

высокие показатели устойчивости дуги, вне зависимости от полярности тока;
возможность получить швы с долей участия основного металла 0-100%;
возможность регулировать химический состав и геометрию соединений при изменении скорости подачи, угла наклона, профиля, марки присадочного материала.

Недостатками такого метода сварных работ считаются следующие моменты:

неважные показатели эффективности использования электроэнергии;
необходимость применять специальные устройства для обеспечения начального возбуждения дуги;
высокая скорость охлаждения изготовленных швов.

Но для полноценной характеристики сварки неплавящимся электродом важно понимать технологическую суть процесса. Операция осуществляется путем подачи защитного газа через сопло в зону дуги, которая горит между расходным материалом и изделием.

Газ выполняет защитную функцию, предохраняя несгораемые сварочные электроды и расплавленный основной металл от негативного влияния активных атмосферных газов. Кромки свариваемого изделия плавятся под воздействием теплоты дуги и образуют сварной шов, кристаллизируясь.

При использовании сварочного аппарата и неплавящихся электродов важно правильно установить полярность. Она может быть прямой или обратной. В первом случае нужно установить массу на минус, держатель – на плюс. Во втором масса устанавливается на плюс, а держатель – на минус.

Марка и назначение неплавящихся электродов.

От правильности выбора режима полярности зависит форма проваренного металла:

работа с помощью постоянного тока при прямой полярности позволит создать глубокий и узкий сварной шов;
широкого и поверхностного шва можно достичь путем выбора постоянного тока и обратной полярности.

Защитный газ для аргонодуговой сварки с применением электродов непременно должен демонстрировать инертность к рабочим металлам, поэтому при работе вольфрамовыми электродами в качестве такого вещества используют аргон, гелий, смесь аргона и гелия.

Если сварочные работы ведутся над проводами из меди или с помощью медных электродов со вставкой из гафния, можно воспользоваться азотом.

Важно! В случае использования при сварке дорогостоящих инертных газов, к примеру Ar или He, стоит создать комбинированную защиту. Это позволит расходовать газ рационально.

Если работать приходится с металлом большой толщины, то обеспечить плавление основного металла и получить актуальные геометрические параметры сварного шва можно при варении по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадки.

Итоги

Применение неплавящихся электродов для дуговой сварки при работе с металлоконструкциями из алюминия, магния, их сплавов, никеля, нержавеющей стали, меди и ряда иных неферромагнитных металлов и позволяет получить действительно прочные и долговечные сварные швы.

Это крайне важно для таких производственных сфер, как металлургия, электрохимическая промышленность и электротермическое производство.

Отличие сварки неплавящимся и плавящимся электродом

Даже при самом поверхностном ознакомлении с техникой сварки сразу замечаешь, что приспособлений и материалов, непосредственно участвующих в сварочном процессе, насчитывается большое количество.

Покрытые или неплавящиеся электроды для дуговой сварки относятся к категории таких изделий, востребованных при работе в защитной среде инертного газа при сваривании цветных металлов и их сплавов.

Особенности технологии

За счёт применения неплавящихся расходных материалов удаётся получить высококачественные сварные соединения, однако производительность операций с покрытыми электродами оставляет желать лучшего.

Они не в состоянии конкурировать с полуавтоматическими сварочными технологиями, при которых используются специальные плавящиеся электроды.

Таким образом, при изучении действующих методик обнаруживается, что используемый при дуговой сварке электрод может быть плавящимся и неплавящимся (покрытым). Рассмотрим каждую их этих разновидностей более основательно.

Достоинство технологии с неплавящимся электродом состоит в том, что можно сплавлять черный металл с заготовками, которые отличаются от него по структуре (включая изделия из высоколегированных и низкоуглеродистых сталей).

С учётом возможности работы с изделиями из цветных металлов этот метод успешно применяется также и при соединении разнородных по составу материалов.

Сварка с использованием неплавящихся электродов характеризуется двумя отличительными чертами. Одна из них заключается в использовании специальных веществ, покрывающих рабочие электроды (природного вольфрама, графита и другие).

Второй особенностью этой технологии является использование инертных газов, ограничивающих доступ кислорода к месту сварки и защищающих как сам электрод, так и сварочную ванну от окисления.

Разновидности и предназначение

При проведении сварки чаще всего применяются следующие виды неплавящегося электродного покрытия:

на основе угля;
чистое графитовое;
из вольфрама.

Независимо от покрытия электродов для ручной дуговой сварки все они относятся к одной категории, но при этом предназначаются для вполне конкретных целей.

Так, угольные расходные материалы применяются при проведении воздушно-дуговой резки, а также востребованы при устранении дефектов, имеющихся на поверхности заготовок.

Сварка неплавящимися стержнями с угольным покрытием проводятся в режимах с токами не более 500-600 Ампер, которых хватает для соединения не очень массивных стальных конструкций, а также исправления поверхностных дефектов литых изделий.

При этом сваривание с их помощью может быть организовано как с присадочным материалом, подаваемым в зону формирования будущего шва, так и без него.

Чисто графитовые электроды чаще всего применяются при работе с цветными металлами (алюминием или медью), а также с их сплавами. Этот вид сварного материала в отличие от угольных образцов более экономичен и выгоден на практике.

К тому же такие неплавящиеся стержни обладают целым рядом достоинств, а именно: устойчивость к воздействию высоких температур, меньший износ и простая подготовка к работе (резке).

Особое распространение графитовые стержни получили при сварке проводов и других изделий из меди.

Вольфрамовые неплавящиеся электроды неплавящегося типа относятся к разряду самого востребованного на производстве и в бытовых условиях расходного материала.

С их помощью удаётся обрабатывать в защитной среде аргона или других газов разнообразные марки металлов, включая алюминий.

Они изготавливаются в форме длинного покрытого прутка с диаметром от 1-го до 4-х миллиметров и очень тугоплавки. Температура плавления такого электрода намного превышает тот же показатель для рабочей дуги, вследствие чего он обладает универсальными свойствами и может применяться даже для сварки сложной в обработке нержавейки.

Вольфрамовые неплавящиеся электроды могут делать с добавлением тория, оксида лантана (лантанированные) или иттрия. Каждая из марок предназначена для определенного вида сварки.

Плавящийся вид

Ручная дуговая сварка с применением плавящегося электрода относится к разряду универсальных подходов, поскольку может проводиться практически в любых условиях.

Этот способ организации сварочного процесса позволяет оператору комфортно работать даже в самых труднодоступных местах. Однако наряду с указанными достоинствами этот метод имеет ряд существенных недостатков, проявляющихся в следующем:

небольшая глубина проплавления обрабатываемого металла;
низкая производительность процесса сварки, что объясняется малыми уровнями рабочих токов;
нестабильность ручной сварки, заметно уступающей автоматизированным приёмам сплавления.

Сущность данного способа обработки металлов состоит в использовании энергии электрической дуги, искусственно создаваемой между свариваемой заготовкой и электродом.

Под действием высоких температур металл в зоне сварки интенсивно плавится и образует так называемую «сварочную ванну». На завершающей стадии работ на месте расплава (после его остывания) должен получиться аккуратный шов.

По внешнему виду плавящийся электрод – это типовой металлический стержень с нанесённым на его поверхность покрытием определенной структуры и толщины.

Основные параметры, определяющие размеры так называемых «обмазанных» электродов, их разбивку по типам и предъявляемые к ним требования регламентируются действующими стандартами (ГОСТ 9467-75, в частности).

Согласно этим данным самый распространённый диаметр электродных стержней – в пределах от 3-х до 6-ти миллиметров. Указанный показатель определяется как толщина стержня, без учёта имеющегося рабочего покрытия.

Со снижением этой величины, а также при увеличении общей длины электрода изменяется и его проводимость, что естественно приводит к сильному нагреванию в процессе сварки.

В случае чрезмерного нагрева стержень быстро плавится (говорят, что она начинает «течь»). Одновременно с этим сгорают и входящие в состав покрытия органические компоненты, теряя свои защитные свойства.

Чем лучше варить

Для правильного выбора нужного метода желательно оценить каждый из них с точки зрения потребности в данных конкретных условиях. Для этого надо сравнить возможности разных электродов и определимся с наиболее оптимальным вариантом.

Прежде всего, необходимость сварки неплавящимися (или покрытыми) стержнями возникает лишь в тех случаях, когда предстоит работать с разнородными по структуре материалами. При этом характер сварных процедур (их подготовка и само сплавление) заметно усложняется и требует значительных усилий со стороны сварщика.

Таким образом, выбор операций с неплавящимся электродом целесообразен лишь как крайний случай, когда без него невозможно решение поставленной перед сварщиком задачи.

Во всех же остальных ситуациях вполне можно обходиться достаточно простыми и дешёвыми плавящимися электродами. Тем более что данный метод с течением времени постоянно совершенствуется и позволяет получить достаточно качественный сварной шов.

Виды неплавящихся электродов для сварки в среде аргона

Аргон – это абсолютно инертный газ, не вступающий во взаимодействия даже при высоких температурах. Отсутствие способности реагировать с любыми веществами нашло применение в сварочном деле.

Термическое соединение металлов в атмосфере аргона исключает образование оксидов, их внедрение в структуру шва, увеличивает сродство атомов из свариваемых деталей. Для аргонодуговой сварки зачастую применяют неплавящиеся электроды.

Плюсы процесса

Аргонодуговой метод сварки с неплавящимися электродами незаменим при работе со многими сплавами вследствие очевидных преимуществ. Аргоновое окружение рабочей зоны гарантирует образование качественного шва без включения инородных примесей.

Оборудование позволяет поддерживать сварочную дугу в аргоне при маленькой силе тока, всего в несколько ампер, и очень больших значениях силы тока, до нескольких сотен ампер.

Функции неплавящегося электрода сводятся к созданию электрического разряда. Присадка используется отдельно, что упрощает управление процессом. Рабочая ванна и дуга хорошо просматриваются.

Отсутствие необходимости во флюсе при аргонодуговой сварке уменьшает или исключает образование дыма. Не происходит разбрызгивания, поэтому шов получается ровный и красивый.

Ручная и автоматизированная работа

Для достижения положительного результата следует ответственно выбирать электроды для аргонодуговой сварки. Применяют стандартные электроды, как претерпевающие плавление, так и остающиеся в твердом состоянии. Неплавящиеся изделия делают из вольфрама – металла, известного своей тугоплавкостью.

Вольфрамовый неплавящийся стержень под действием импульса инициирует розжиг дуги, обеспечивает ее стабильность. Стимулирует розжиг высокочастотный высоковольтный импульс от осциллятора.

В результате инертная среда ионизируется, и после включения сварочного тока дуга возгорается. При аргонодуговой сварке переменным током, осциллятор после розжига выполняет функцию стабилизатора. В момент изменений полярности он подает импульсы для поддержания стабильной дуги.

В образовании шва неплавящийся электрод не принимает участия. При необходимости для этого используют присадочные проволоки.

Существует следующие основные виды сварки в среде аргона:

технология, приводящаяся полностью вручную (обозначается аббревиатурой TIG);
процесс с автоматической подачей расходного материала (сокращенно называется MIG, на немецком языке WIG).

Отечественные производители для обозначения электродной продукции используют ГОСТ. В международной практике применяются английский сокращения.

Добавки к вольфраму

Буквосочетанием ЭВЧ маркируют неплавящиеся электроды из чистого вольфрама. Их международное обозначение – WP. Они отмечены полосками зеленого цвета. WP продукция абсолютно безвредна в применении, но плохо инициирует розжиг и переносит токи большой силы; имеет небольшой срок эксплуатации.

Электродами из чистого вольфрама выполняют соединения встык при одном или нескольких проходах. С помощью аргонодуговой сварки на переменном токе варят алюминий, сплавы никеля, бронзы, магния.

Вольфрамовые стержни с добавкой оксида лантана, применяющиеся при аргонодуговой сварке, имеют отечественное обозначение – ЭВЛ, международное – WL.

Массовая доля оксида лантана варьируется в интервале от 1,1 % до 1,4 %. Для удобства визуального определения на них имеется цветная полоска. Самые популярные неплавящиеся электроды имеют следующую цветовую маркировку: с содержанием добавки 1,5 % — золотистое окончание; 2 % — обычный синий цвет.

Вся серия неплавящихся электродов WL безвредна для сварщика, удовлетворительно разжигает дугу, хорошо выдерживает любую силу тока, длительно эксплуатируется.

Неплавящиеся электроды с оксидами иттрия маркируют аббревиатурой ЭВИ или WY. Они имеют темно-синий наконечник. Допустимая концентрация оксида иттрия укладывается в диапазон от 1,5 % до 3,5 %. Электроды хорошо выдерживают все значения силы тока, рекомендуются для изготовления особенно важных изделий.

Неплавящиеся электроды с добавкой оксида тория обозначена как ЭВТ или WT. Содержание добавки может изменяться в промежутке от 1 % до 3 %. Электроды отмечены такими цветными полосами: при концентрации оксида 1 % — желтая окраска; 2 % — красная; 3 % — фиолетовая; 4 % — оранжевая.

Серия WT требует особых условий для обеспечения безопасности, хорошо разжигает дугу при аргонодуговой сварке, переносит все значения силы тока; пригодна для долгого пользования.

Электроды с оксидом церия в количестве 2 % обозначаются WС, имеют серую полоску. Продукция универсальна, предназначена для аргонодуговой сварки постоянным током прямой полярности любой силы.

Режимы работы

Для каждого вида неплавящегося электрода рекомендуют определенные режимы аргонодуговой сварки. При постоянном токе (процесс обозначается TIG-DC) применяют продукцию WY и WT.

Для работы с переменным током (аргонодуговая сварка TIG-AC) выбирают изделия WP. Универсальной возможностью использования характеризуются стержни с маркировкой WL.

Ручная аргонодуговая сварка может проводиться неплавящимся электродом при двух вариантах полярности тока. Процесс при обратной полярности имеет отличительные характеристики.

Тепловая энергия интенсивно (более 50 %) поступает в электрод и в значительно меньшей мере в свариваемые детали. Поэтому рекомендуется применять неплавящийся стержень большего диаметра, «с запасом». Это предотвратит перегрев и преждевременное разрушение вольфрама.

При обратной полярности зона расплавления металла распространяется в большей мере в ширину, меньшей – в глубину. Качество сплавления деталей при этом улучшается за счет катодной очистки. Под действием потока положительно заряженных частиц оксиды, нитриды на поверхности деталей разрушаются.

При схеме подключения с прямой полярностью большое количество тепловой энергии подается в изделие, меньшее – на неплавящийся электрод. Например, при силе тока 600 А доля тепловой энергии, передаваемой изделию, составляет 40-85 %; потери на нагревание стержня равны 4-5 %, а рассеивание энергии в пространство от дуги достигает 7-30 %.

Расплавленная рабочая зона получается не очень широкой, но глубокой. При прямой полярности аргонодуговым методом сваривают все стальные сплавы, изделия из титана, многих других сплавов, кроме алюминиевой продукции.

Алюминиевые и магниевые сплавы обычно варят при переменном токе, что способствует разрушению оксидной пленки на поверхности. Загрязнения разрушаются в момент, когда неплавящийся электрод является катодом.

Важность заточки

Для обеспечения успеха перед сваркой электроды, используемые для аргонной сварки, нужно заточить. Угол может принимать значения от 20 ° до 90 °.

При работе с постоянным током угол стержня должен быть острым. Тогда дуга будет сконцентрирована на сварочной ванне, имеющей небольшую площадь.

Если заточку выполнить неправильно, диаметр стержня будет большим, соответственно излишним станет размер дуги. В результате уменьшится вложение тепловой энергии в требуемую зону расплава.

Перед работой с переменным током электродный стержень также следует затачивать. Окончание должно получиться притупленным.

Исходный диаметр электродов варьируется от 0,5 мм до 10 мм. Длина самых востребованных неплавящихся изделий для аргонодуговой сварки равна 175 мм. Выпускают также электроды со следующими значениями длины: 50 мм, 75 мм, 150 мм. Ассортимент позволяет легко найти требуемое изделие.

Возможности

Аргонодуговая сварка неплавящимися стержнями позволяет делать стыковые, угловые, нахлесточные швы любого пространственного положения. Кромки под соединения выполняются в виде различных форм, в зависимости от толщины деталей, возможности работы с одной или двух сторон. При сваривании стали толщиной до 4 мм и алюминия до 6 мм подготовительные скосы на концах деталей можно не делать.

Если шов должен быть вертикальным, то детали толщиной до 5 мм варят сверху вниз, а более толстые наоборот – снизу вверх. При этом делать сварку следует с двух сторон. Так можно соединять алюминиевые детали толщиной до 16 мм.

Строго горизонтальные и потолочные швы варить несколько сложнее. Расплав может попадать за пределы ванны. Если в таких соединениях есть острая необходимость, то делают разделку кромок за несколько проходов.

При аргонодуговой сварке в корневых зонах шва, чтобы исключить попадание воздуха с обратной стороны, применяют специальные подкладки, подушки. Если варят трубы в закрытом объеме, то газом наполняют полость.

Вылет неплавящегося электрода при обычной сварке не должен быть больше 3-5 мм. Если шов угловой или стыковой с глубокой кромкой вылет составляет 5-7 мм.

Длину дуги поддерживают в пределах от 1,5 мм до 3 мм. Поток газа запускают за 15-20 с до розжига дуги, и прекращают по истечении 5-10 с после завершения сварки.

Важный момент – необходимость проводить контроль состава воздуха в помещении для аргоновой сварки. Концентрация кислорода не должна быть меньше 19 %.

Инертный газ может накапливаться в атмосфере, концентрироваться внизу, вызывать кислородное голодание у сварщика. Поэтому рабочее место нужно хорошо проветривать, состав воздуха контролировать.

Читайте также: