Неплавящиеся или тугоплавкие электроды широко используются для дуговой электросварки в среде защитного газа. Их используют для домашнего ремонта и на различных производствах: от станций по сборке космических кораблей до мелких серийных заводов. С помощью неплавящихся стержней можно сварить или разрезать алюминий, бронзу, никель, медь, титан и другие металлы, не обладающие сильными магнитными свойствами. Из этой статьи вы узнаете все о неплавящихся электродах, сфере их применения, достоинствах и недостатках, а также мы расскажем о ключевых особенностях работы с тугоплавкими стержнями.
Виды тугоплавких электродов и сферы их применения
Существует три вида неплавящихся стержней: угольные, вольфрамовые и графитовые. Каждый вид имеет свои особенности и назначение. Так, например, для мелкого ремонта или для воздушно-дуговой резки чаще всего используются угольные стержни. Также с их помощью сваривают тонкие металлоконструкции из цветного металла или нержавеющей стали. Опытные мастера используют угольные электроды в связке с присадками. Присадки подаются в сварочную ванну или укладываются по линии будущего сварного шва.
Воздушно-дуговая резка (сокращенно ВДК) — способ резки металла электрической дугой, заключающийся в непрерывной подаче сжатого воздуха на сварочную зону во время всего рабочего процесса. Благодаря сжатому воздуху расплавленный металл быстро удаляется с поверхности детали, получается качественный и ровный разрез.
Угольные стержни применяют при силе тока в 580 А. Сами стержни бывают трех типов: круглые для воздушно-дуговой резки (ВДК), плоские для воздушно-дуговой сварки (ВДП), круглые для обычной сварки (СК).
Что касается остальных видов тугоплавких стержней, то с помощью графитовых стержней также можно варить и резать цветные металлы, но по сравнению с угольными они стоят дешевле. Поэтому графитовые стержни популярны у начинающих сварщиков, работающих на производстве. Также графитовые стержни лучше переносят перепады температуры и влажности, их можно неоднократно использовать, они меньше подвержены износу. А о вольфрамовых стержнях мы поговорим отдельно.
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.
Рекомендуем к прочтению Стандартный вес упаковки электродов
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.
Графитовые электроды для сварки являются неплавкими.
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.
Угольные электроды предназначены для промышленного использования.
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).
Вольфрамовые электроды предназначены для бытового использования.
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).
Вольфрамовые электроды
Вольфрамовые электроды заслуживают отдельного внимания. Они широко используются всеми: и гаражными умельцами, и мастерами на заводах. Их популярность обусловлена универсальностью. Можно варить и резать любой металл: и алюминий, и нержавейку, и цветные металлы. Угольные и графитовые электроды не получили такого распространения, поскольку их неудобно использовать в домашней сварке.
Вы наверняка уже знаете, что режим сварки в среде защитного газа устанавливается исходя из многих параметров, например, толщины детали, металла, из которого она изготовлена, типа используемого газа и многое другое. Вольфрамовые электроды подбираются по такому же принципу. В зависимости от назначения электроды могут иметь свою маркировку.
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).
Особенности тугоплавких стержней
Тугоплавкие стержни, изготовленные в России и странах СНГ, маркируются следующих образом: ЭВЛ (лантинированные), ЭВИ (иттриевые), ЭВЧ (для сварки на переменном токе). Это наиболее популярные виды электродов, все они по сути относятся к вольфрамовым, но имеют свои особенности.
Электроды марок ЭВЛ и ЭВИ можно использовать с постоянным и переменным током, а также задавать нужную полярность. В зависимости от назначения они окрашиваются в разные цвета, так что со временем вы научитесь отличать электроды, не читая обозначения на упаковке или на самом стержне. С помощью ЭВЛ и ЭВИ варят медь и нержавейку, используя постоянный ток. Переменный ток применяют для сварки алюминия. Также обратите внимание, что вольфрамовые электроды часто затупляются прямо во время сварочного процесса. Их нужно затачивать. Заточку выполняют под углом в 30 градусов и после заточки немного притупляют конец стержня. Также вольфрамовые электроды могут быстро расходоваться. Чтобы этого избежать мы рекомендуем сначала подавать защитный газ в сварочную зону, и только затем поджигать дугу. Не стучите концом электрода по металлу. Зажгите дугу отдельно и затем перенесите на область сварки.Как и при любом другом виде сварки, при работе с неплавящимися электродами нужно правильно установить полярность. Можно использовать и прямую, и обратную полярность. Для работы с обратной полярностью массу устанавливают на минусе, а держатель устанавливают на плюсе. В случае с прямой полярностью все устанавливается наоборот. От установленной полярности зависит качество и форма получаемого сварного соединения. Если установить прямую полярность и постоянный ток, то шов получится глубоким и узким. А если изменить настройки и поставить обратную полярность с постоянным током, то шов наоборот получится широким. Учитывайте эту особенность.
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.
Рекомендуем к прочтению Особенности и главные преимущества использования электродов типа Э46
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.
Технология дуговой сварки рассчитана на соединение деталей из алюминиевых сплавов.
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.
Достоинства и недостатки
Неплавящиеся электроды часто становятся темой для обсуждения как среди начинающих, так и среди опытных сварщиков. Это связано с их неоднозначными достоинствами и недостатками, которых практически поровну.
Можно выделить следующие достоинства:
- Металл практически не деформируется при сварке или резке.
- Сварной шов получается качественным и долговечным.
- Работа выполняется быстро и не требует высокой квалификации.
И недостатки:
- Защитный газ охотно выдувается из сварочной зоны, что затрудняет работу на улице или в полуоткрытых цехах.
- Перед сварочными работами нужно тщательно подготовить металл, иначе качество шва будет неудовлетворительным.
- Детали нужно зачищать, если производится розжиг вне сварочной зоны.
Мы считаем, что недостатки таких электродов несущественны.Неплавящиеся электроды для дуговой сварки обязательно нужно испробовать в своей практике, хотя бы для получения нового опыта. Они не потребуют от вас каких-то особенных навыков сварки, нужно лишь тщательно подготовить металл.
Разновидности сварки
Выделяют 4 виды сварки неплавящимся электродом. Разделение происходит в зависимости от сложности работы и уровня механизации сварочного процесса.
- Ручная;
- Механизированная;
- Автоматизированная;
- Роботизированная.
Во время ручного вида рабочий ход горелки и смещение заготовки происходит ручным способом. При механизированном виде перемещение горелки происходит вручную, а подача присадочного материала — механически.
При автоматизированном варианте и перемещении сварочной горелки, и подача присадочного материала (проволока) полностью механизированы. Технологический процесс контролирует оператор.
В процессе роботизированного вида все технологические процессы автономны. Рабочие процессы происходят без вмешательства оператора, самостоятельно.
Описание процесса
Неплавящиеся электроды
Как уже упоминалось, используют неплавящиеся электроды двух видов: угольные (или графитовые) и вольфрамовые. Первые используются теперь редко и для неответственных конструкций. Вольфрамовые используются намного шире и чаще. Их толщина от 0,5 мм до 10 мм. Сам стержень может быть как из чистого вольфрама, так и иметь в составе различные примеси: лантан, торий, иттрий. Сплавы по сравнению с чистым материалом имеют лучшие показатели эрозивной стойкости, а также лучше держат токовую нагрузку. Диаметр стержня подбирают в зависимости от силы используемого тока и толщины заготовок, которые сваривают.
Параметры технологичного процесса
Наиболее часто при сварке неплавящимся электродом используют постоянный ток прямой полярности, так как в этом режиме происходит максимальная проплавка металла деталей, которые подлежат соединению. Это достигается за счет эффективного использование энергии: до 85% тепловой энергии идет на проплавку деталей, до 7% — на нагрев электрода, остальное — лучевые потери.
При работе с алюминиевыми заготовками пользуются постоянным током обратной полярности. В этом случае потери тепла могут составить до 50% и при сварке стали такой режим нецелесообразен.
При использовании переменного тока оборудование дополнительно укомплектовывается стабилизатором (необходим для стабилизации электрической дуги) и компенсатором тока.
Сварочное оборудование
Для ручного вида сварочное оборудование включает в себя такие компоненты:
- Генератор постоянного/переменного тока;
- Набор горелок для разных токов;
- Прибор первичного возбуждения дуги (и ее стабилизации);
- Газовое оборудование;
- Средства управления сваркой и газовой блокадой.
Автоматическое оборудование также включает в свой состав генератор тока и сварочный агрегат, который характеризуется такими параметрами: значения сварного тока, напряжение, скорость сварки, диаметр неплавящегося электродного прута, диаметр присадочной проволоки, скорость подачи присадки, расход тяжелого газа.
