Как правильно выбирать неплавящиеся (тугоплавкие) электроды и проводить сваривание ими


Неплавящиеся электроды имеют такое название, поскольку обладают большой стойкостью к высокой температуре и токам. В связи с этим их применение разительно отличается от тех сфер, где могут применяться обычные плавящиеся электроды. Тугоплавкие электроды предназначены для сварки деталей и конструкций под воздействием защитного газа. В частном хозяйстве их применяют довольно редко, а вот на производстве они встречаются очень часто. С их помощью выполняются работы с такими материалами, как медь, титан, алюминий, никель и т. д.

Сегодня будем говорить о ручной аргонодуговой сварке, особенностях и видах расходников и сферах их применения.

Какие бывают электроды и где их применяют

тугоплавкие электроды

Различают три типа неплавящихся стержней: сделанные из угля, графита и вольфрама. Каждый обладает своими преимуществами и свойствами.

Угольный стержень пригодится для небольших ремонтных работ, резки воздушной дугой или сварки тонких конструкций из цветных металлов или нержавейки.

Профессионалы вместе с тугоплавкими угольными стрежнями используют присадки, которые подают в сварочную ванну или по сварочному шву.

Резка воздушной дугой (ВДК) — во время сварки происходит постоянный поток сжатого воздуха и убирается размягченный металл с поверхности, обеспечивая четкий и прямой разрез.

Сами тугоплавкие стержни могут быть круглой (резка воздушной дугой), плоской (сварка воздушной дугой) и круглой формы (обычная сварка).

Стержни из графита намного дешевле угольных и подходят для работы с цветными металлами. Как раз такие стержни и используют новички на заводах. Графит более устойчив к изменениям температуры и влажности и дольше служит в работе.

Плавящийся вид

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.

Свойства

тугоплавкие электроды

Отечественные производители используют следующие обозначения тугоплавких неплавящихся стержней: ЭВЛ (лантинированные), ЭВИ (иттриевые), ЭВЧ (для сварки на переменном токе).Они чаще всего используются в работах.

ЭВЛ и ЭВИ подходят для работы с разным током, и позволяют менять полярность. Чтобы легче было отличать электроды по типам, достаточно запомнить цвета. Через некоторое время вы перестанете обращать внимание на маркировки.

Постоянный ток используется при работе с медью и нержавеющей сталью, а постоянный — с алюминием.

Важно помнить, что тугоплавкие электроды из вольфрама могут затупиться во время работы, поэтому желательно иногда их затачивать. Для этого нужно заточить их под углом в 30 градусов, а потом слегка притупить конец.

Таким образом срок службы стержней увеличится в несколько раз. Рекомендуем перед тем, как поджечь дугу, сначала включить подачу защитного газа в точку сварки.

Ни в коем случае не нужно стучать стержнем по поверхности. Сначала зажгите дугу, а потом начинайте сваривать. Не забывайте установить необходимую полярность. Подойдет прямая и обратная.

В первом случае нужно установить массу на отрицательное положение, а держатель на положительное. Во втором случае всё делают с точностью наоборот.

Полярность определяет качество и форма сварочного соединения. Первая настройка обеспечит глубину и узкость шва. Другая сделает шов широким. Не забывайте об этом нюансе при использовании неплавящихся стержней.

Технология, особенности и оборудование необходимое для сварки

Способ сваривания неплавящимся электродом чаще всего применяют для соединения металлов с толщиной не более 5-6 мм, но это не значит, что его нельзя использовать для сваривания более толстостенных металлов. При сварке без применения присадки шов формируют, оплавляя кромки металла, при использовании присадки она подается в место формирования шва по тому же принципу, что и сварочная проволока при газосварке.

Оборудование, необходимое для сварки неплавящимся электродом, включает в себя:

  • источник сварочного тока, на котором расположен регулятор силы тока, и вольтметр с амперметром для контроля процесса регулирования;
  • TIG-горелку и рукав, которые подсоединяются к сварочному источнику. По рукаву на горелку подается защитный газ, в случае с использованием водяного охлаждения подается также охлаждающая жидкость;
  • газовый баллон с защитным газом, подсоединенный с помощью рукава к источнику сварочного тока и оборудованный регулятором расхода и расходомером газа;
  • обратный кабель для соединения изделия с источником сварочного тока.

При автоматической сварке используются автоматизированные системы для подачи изделий и управления инструментами для сварки.

Аргонная сварка неплавящимся электродом выполнятся переменным (TIG-AC) и постоянным (TIG-DC) токами. При сварке постоянным током может применяться обратная и прямая полярности. Если электрод подключен к плюсовому полюсу источника сварочного тока, то полярность является обратной, и в таком случае для сваривания применяются электроды большего диаметра, чем при прямой. Сваркой на переменном токе пользуются в основном для соединения беррилия, магния и алюминия, имея при этом не такую хорошую стабильность дуги, как на прямом токе, что, впрочем, исправляется наличием режима импульсной сварки на некоторых сварочных аппаратах.

В процессе сваривания длина дуги должна составлять 1,5-3 мм, её напряжение — 22-34 В. Размер вылета неплавящегося электрода не должен быть больше 3-5 мм, а в случае со стыковыми и угловыми швами — не более 5-7 мм.

В роли защитного газа чаще всего используются аргон или смесь аргона с гелием, они немного ухудшают стабильность сварочной дуги, но при этом усиливают её энергию, тем самым увеличивая скорость сварки. Для сваривания изделия толщиной до 10 мм применяют левый тип положения горелки для того, чтобы защитный газ имел прямой доступ к месту формирования шва. Для сварки более толстостенных материалов способ меняют на правый.

Плюсы и минусы

сварка тугоплавким электродом

Тугоплавкие стержни часто вызывают споры среди новичков и мастеров. Это происходит из-за того, что присутствует равное количество как плюсов, так и минусов.

Преимущества:

  1. Исключается деформация материала.
  2. Высокое качество и срок службы шва.
  3. Минимум времени на процесс и требуемых навыков.

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 работы в газовой среде

Требования при выполнении сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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).

Блоки (панели) управления установками для сварки ТИГ

Блоки (панели) управления установками для сварки ТИГ могут быть, как очень простыми, так и очень сложными с различными функциями. Самый простой блок управления позволяет регулировать только ток сварки. В то время как расход защитного газа настраивается регулятором, вмонтированном в горелку ТИГ. Современные блоки управления позволяют включать защитный газ до зажигания дуги и продолжать его подачу некоторое время после выключение тока сварки. Последнее обеспечивает защиту вольфрамового электрода и остывающей сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха. Блоки управления установками для сварки ТИГ могут также обеспечивать контроль нарастания и снижения тока сварки, а также импульсный режим сварки (пульсацию тока). Регулирование времени плавного нарастания тока до номинального уровня при зажигании дуги предохраняет вольфрамовый электрод от разрушения и попадания частичек вольфрама в сварной шов. Регулирование времени плавного снижения тока при окончании сварки предотвращает образование кратера и пористости.

При импульсном режиме сварки устанавливаются два уровня тока: ток импульса и ток базы. Значение тока базы выбирается из условия поддержания горения дуги. Плавление основного металла осуществляется током импульса, в то время как во время паузы сварочная ванна остывает (вплоть до полной кристаллизации в зависимости от параметров импульсного режима). Длительности импульса и паузы могут регулироваться.

При импульсной сварке шов выглядит, как ряд наложенных друг на друга сварных точек, причем степень их перекрытия зависит от скорости сварки.

Достоинства и недостатки процесса ручной сварки ТИГ

По сравнению с другими способами сварки (ММА, МИГ/МАГ, сварка под флюсом) сварка ТИГ характеризуется следующими преимуществами:

— позволяет получить сварные швы высокого качества применительно к практически всем металлам и сплавам (включая трудносвариваемые и разнородные, например алюминий со сталью); — обеспечивается хороший визуальный контроль сварочной ванны и дуги; — благодаря отсутствию переноса металла через дугу не имеет места разбрызгивание металла; — практически не требуется обработка поверхности шва после сварки; — как и в случае сварочных процессов МИГ/МАГ и ММА сварку ТИГ можно выполнять во всех пространственных положениях; — также как и в случае сварки МИГ/МАГ при сварке ТИГ нет шлака, а это означает, что не бывает шлаковых включений в металл шва.

К недостаткам этого способа сварки можно отнести низкую производительность, сложность и высокую стоимость источника питания (по сравнению со сваркой плавящимся электродом).

Защитные газы

Защитный газ выполняет несколько функций. Одна из них заключается в том, чтобы вытеснять собой из зоны сварки окружающий воздух и, тем самым, исключить его контакт со сварочной ванной и раскаленным вольфрамовым электродом. Он также выполняет важную роль в обеспечении прохождения тока и передаче тепла через дугу. При сварке ТИГ используются два инертных газа: аргон (Ar) и гелий (He), из которых первый газ используется чаще. Они оба могут быть смешаны друг с другом, или каждый из них с другим газом, который обладает восстановительной способностью, т.е. вступает в связь с кислородом. При сварке ТИГ в качестве газов с восстановительной способностью используются два газа, водород (H2) и азот (N2). Выбор типа защитного газа зависит от типа материала, подлежащего сварке.

Выбор надлежащего защитного газа.

ГазНелегированные и низколегированные сталиНержавеющие сталиНикелеевые сплавыМедные сплавыАлюминиевые сплавы
ArXXXXX
Ar/H2XX
Ar/HeXXX
HeXX

В качестве защитного газа для корневой стороны сварного шва рекомендуется использовать смесь газов с восстановительной способностью N2/H2.

Более подробная информация о защитных газах, а также о присадочных прутках приведена в статье Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)

Сфера применения

Технология используется:

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

Сфера применения

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

Охрана здоровья и охрана труда применительно к процессу сварки TIG

Ниже изложены некоторые дополнительные меры предосторожности относительно сварки ТИГ. На первый взгляд этот способ сварки представляется наименее опасным, так как, либо дымов вообще не видно, либо они выделяются в очень небольшом объеме. Но нельзя обманываться, считая, что при этом способе сварки вообще не выделяются опасные вещества. Они выделяются и могут попадать во вдыхаемый воздух. Концентрация опасных веществ зависит от силы тока сварки, от типа стали (нелегированная, низколегированная или высоколегированная) и от степени очистки поверхности основного металла от, например, масла, используемого при резке металла или от антикоррозионных покрытий.

Настройка параметров

В первую очередь выбирают оптимальный режим, благодаря которому качество и эффективность сварки получается выше. Направление тока, полярность выбирают, учитывая свойства свариваемых металлов, а величина тока зависит от марки и химического состава деталей, учитывают и диаметр используемого электрода. Правильные параметры опытные мастера выбирают по справочнику.

Напряжение напрямую зависит от длины дуги, поэтому работы производят при минимуме аналогичных размеров и пониженном напряжении, так как при увеличении ухудшается качество соединения.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: