Сварка неплавящимся электродом

Характеристика неплавящихся электродов

Неплавящиеся электроды из вольфрама имеют диаметр 2-6 мм. У них наконечники имеют вид конуса большой длины для постоянного бесперебойного тока и в форме сферы для сменного питания. Заточку проходят вручную или на специальных станках, у которых есть направляющая для установки стержня. Могут быть использованы при переменном и постоянном токе, при этом с прямой или обратной полярностью. Для переменного тока обязательное условие — использование стабилизатора, который компенсирует и выравнивает электрический ток. Сварка выполняется в одном из видов защитных газов — гелию, аргоне или азоте.

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

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.

Область применения

Область применения электродуговой сварки самая широкая. Везде, где нужно быстро, и недорого и качественно соединить металлические заготовки в строительную конструкцию или изделие – можно увидеть вспышки электросварки.

Сюда входят:

заводы металлоизделий;
машиностроительные производства;
строительство любого масштаба — от гидроэлектростанций и космодромов — до заборов и сараев.;
аэрокосмические предприятия;
судостроение;
производство транспорта;
предприятия по выпуску бытовых приборов;
и многое другие.

Сфера применения электродугового метода постоянно растет. С распространением сварочных инверторов электродуговой метод стал технологией, доступной любому домашнему мастеру.

Плавящийся вид

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.

ГОСТ

Для покрытых стержней, посредством которых выполняется дуговая сварка, разработан ГОСТ 9466-75.

Кроме него существуют стандарты, распространяющиеся на электроды, исходя из их назначения.

Для примера, это ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 1051-75.

Маркировка сварочных электродов

Маркировка электродов бывает простой, например, состоящей буквально из 3-х символов, и крайне сложной.

В качестве примера можно привести изделия Э50А и, например, Э42А, где:

Первая бука Э буквально означает «электрод».
Идущее следом число означает минимальное время сопротивления разрыву.
Последующие буквы указывают на назначение изделия (А – допускается применение пластичного наплавляемого металла, имеющего повышенную вязкость, Н – изделия для наплавления на поверхности, У – для углеродистых сталей, Т – для теплоустойчивых легированных сталей).

Также в наплавке содержатся самые разные химические элементы, которые маркируются буквами Х, М, Б и Ф, что соответствует хрому, молибдену, ниобию и ванадию.

Касательно непосредственно сердечника, он маркируется следующим образом (последовательно):

Св – буквенное обозначение сварочного типа проволоки.
Число, указывающее на процентное содержание углерода.
Буквы, в которых зашифрован код содержащихся легирующих веществ.
Число, указывающее на процентное содержание легирующих веществ.

История

История сварочных электродов неразрывно связана с историей развития сварки и сварочных технологий. Впервые электрод был использован в экспериментах, связанных с исследованием свойств электрической дуги (в 1802 профессором В.В. Петровым). В 1882 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос предложил использовать электрическую дугу, горящую между угольным электродом и металлической деталью, с целью соединения металлических кромок.

Почти одновременно с Н. Н. Бенардосом работал другой крупнейший российский изобретатель — Николай Гавриилович Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки. Он критически оценил изобретение Бенардоса и внес в него существенные усовершенствования, касающиеся в первую очередь металлургии сварки. Николай Гавриилович заменил неплавящийся угольный электрод металлическим плавящимся электродом-стержнем, сходным по химическому составу со свариваемым металлом. Другим важным достижением Славянова считается использование расплавленного металлургического флюса, защищающего сварочную ванну от окисления, выгорания металла и накопления в сварном соединении вредных примесей серы и фосфора.

В 1904 году швед Оскар Кьельберг основал в Гётеборге фирму «ESAB». Деятельность предприятия была связана с применением сварки в судостроении. В результате собственных исследований и наблюдений О. Кьельберг изобрел технологию сварки покрытыми плавящимися электродами. Покрытие стабилизировало горение электрической дуги и защищало зону дуговой сварки. В 1906 году им был получен патент «Процесс электрической сварки и электроды для этих целей». Именно использование покрытых плавящихся электродов дало повод к развитию и использованию сварочных технологий в различных отраслях производства.

В 1911 году англичанин А. Строменгер существенно улучшил электродное покрытие. Предложенное им покрытие состояло из асбестового шнура, пропитанного силикатом натрия. Этот шнур наматывался на металлический стержень. Поверх этого покрытия ещё наматывалась тонкая алюминиевая проволока. Такая структура электродного покрытия обеспечивала защиту сварочной ванны и металла сварного шва от атмосферного воздуха за счет образования шлака. Алюминий использовался в качестве раскислителя и обеспечивал удаление кислорода. Под названием «Квази-арк» эти электроды распространились по Европе и Америке.

В октябре 1914 года С. Джонсу был выдан британский патент на метод получения электрода, покрытие которого наносилось методом опрессовки. Металлический стержень проталкивался через фильеру одновременно с шихтой, ложившейся на стержень.

В 1917 году американские ученые О. Андрус и Д. Стреса разработали новый тип покрытия электродов. Стальной стержень был обернут бумагой, приклеенной силикатом натрия. В процессе сварки такое покрытие выделяло дым, защищая сварочную ванну от воздействия воздуха. Также было отмечено, что бумажное покрытие обеспечивало моментальное зажигание электрической дуги с первого касания и стабилизировало её горение. В 1925 году англичанин А. О. Смит использовал для улучшения качества электродного покрытия порошкообразные защитные и легирующие компоненты. В то же время французские изобретатели О. Са-разен и О. Монейрон разработали покрытие электродов, в составе которого были использованы соединения щелочных и щелочноземельных металлов: полевой шпат, мел, мрамор, сода. Благодаря низкому потенциалу ионизации таких элементов, как натрий, калий, кальций, обеспечивалось легкое возбуждение дуги и поддержание её горения.

Таким образом, за первую четверть XX века были разработаны конструкции плавящихся электродов для ручной дуговой сварки, методы их изготовления, обоснован состав покрытия. Электродные покрытия содержали специальные компоненты: газообразующие — оттесняющие воздух из зоны сварки; легирующие — улучшающие состав и структуру металла шва; шлакообразующие — защищающие расплавленный и кристаллизующийся металл от взаимодействия с газовой фазой; стабилизирующие — вещества с низким потенциалом ионизации. Дальнейшие разработки в области производства сварочных электродов были сконцентрированы на компонентах, входящих в состав покрытия и электродной проволоки, на промышленных методах производства.

Оборудование для ручной сварки

Для проведения ручной домашней сварки нужно собрать аппарат из отдельных элементов. Основное оборудование — горелка для аргонодуговой сварки, сварочный инвертор, баллоны с газом, специальная одежда.

Ниже мы рассмотрим особенности этого оборудования, а потом узнаем о том, как из него собрать полноценный сварочный аппарат для аргонодуговой сварки.

Аргоновый инвертор

Главный элемент установки — это сварочный инвертор с функцией аргонодуговой сварки. Главной функцией этого устройства является преобразование переменного электрического тока из розетки в постоянным электрический ток, который потом поступает на аргоновую горелку (этот ток используется для создания электрической дуги).

Главный параметр аргонового инвертора — это сила тока. Этот параметр может контролировать сам сварщик с помощью специальной панели, а контроль нужно осуществлять с умом:

Чем выше будет сила тока, тем качественнее будет проводиться сварка. При слабом токе электрическая дуга будет очень маленькой, поэтому ею нельзя будет проводить сварку толстых металлических объектов.
Величина силы тока влияет на сохранность электрода — чем больше будет ток, тем активнее будет проходить разрушение электрода.

Аргоновая горелка

Горелка — вторая по значимости деталь после инвертора. С помощью горелки создается электрическая дуга, а также происходит регулирование подачи аргонового газа.

Главный элемент аргоновой горелки — это вольфрамовый съемный электрод, который не плавится под воздействием высоких температур, создаваемых электрической дугой. Горелка подключается к инвертору напрямую с помощью специального аргонового рукава.

При выборе аргоновой горелки обратите внимание на напряжение. Этот показатель должен совпадать с напряжением, которое генерируется аргоновым инвертором

Охлаждение аргоновой горелки обычно осуществляется воздушным методом (с помощью атмосферного воздуха).

Помимо этого существуют специальные горелки, у которых охлаждение осуществляется водяным способом. К горелке подводится специальная охлаждающая жидкость, которая снимает «излишки» тепла за счет испарения. После проведения работ пар вновь переходит в жидкое состояние из-за конденсации.

Дополнительное оборудование

Аргоновый рукав. Имеет вид провода, который подключается сразу к трем элементам. К баллону с аргоном, к газовой горелке и к инвертору. Имеет вид двухкамерной установки — посередине располагается первая камера с электрическим проводом, который подключается к электроду; вторая камера представляет собой пустое пространство, которое заполняется аргоном.
Баллон с аргоном

Этот элемент является третьим по важности после инвертора и горелки. Подключается баллон к рукаву с помощью специальной газового провода

В большинстве случаев провод дополнительно оснащается специальным запирающим механизмом, который позволяет контролировать подачу аргона и уровень давления в сварочной установке. При покупке баллона с аргоном будьте внимательны. Не перепутайте аргон с другим газом. Обычно баллон с аргоном окрашен в желтый или белый цвет.
Защитная одежда. При проведении сварочных работ создается очень яркий свет и большое количество тепла. Поэтому перед проведением работ сварщик должен обязательно надеть защитную одежду.

Сборка сварочного аппарата

Поставьте на пол или на любую плоскую устойчивую поверхность инвертор. Подключите его к розетке, но не включайте его.
Подсоедините к рукаву горелку и баллон с аргоном (аргоновый газ не подавайте в систему). Подключите рукав к инвертору.
Посмотрите напряжение на горелке. Этот параметр указан на самой горелке или в сопровождающих документах. Выставите тот же показатель напряжения на инверторе.
Наденьте защитную одежду, а потом включите инвертор и подайте газ в систему

Попробуйте создать электрическую дугу, обратите внимание на подачу газа из сопла. Если все хорошо, то можно приступать.
Сам процесс осуществляется стандартным образом

Поместите два металлических элемента рядом и с помощью аппарата произведите их сварку. При необходимости для создания шва используйте пруток.

Особенности процесса аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.

Также необходимо отметить некоторые особенности способа аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. Одной из главных, и часто решающей особенностью процесса, является тщательная подготовка поверхностей под сварку. Получить качественное соединение без подготовки поверхностей крайне затруднительно, особенно если дело касается алюминиевых сплавов.

Детали в месте соединения не должны содержать следов лакокрасочных и защитных покрытий, смазок, масел и других загрязнений способствующих формированию дефектов сварного шва. При необходимости, поверхности необходимо зачистить механическим способом.

При сварке алюминия, для получения должного качества, зачистка поверхностей, а также химическое травление металла является обязательной процедурой. Следует исключить попадания влаги на свариваемые детали. Перед сваркой детали необходимо обезжирить. Для обезжиривания поверхностей растворителями, рекомендуется применять безворсовые ткани и салфетки.

Самое общее правило, о котором следует помнить, для получения качественного сварного соединения: сварка в аргоне любит чистоту!.

Практические советы по работе с аргонодуговой сваркой.

В заключении, приведу несколько практических советов, которые могут быть полезны для получения наилучшего результата при выполнении сварки в аргоне:

Добейтесь минимального зазора.

Для получения качественного стыкового сварного соединения, максимально плотно подгоните друг к другу кромки свариваемых деталей (особенно актуально при сварке тонколистового металла). Помните, минимальный зазор и точная сборка – половина положительного итогового результата!.

Зафиксируйте свариваемые детали.

При проведении работ используйте необходимую сварочную оснастку, приспособления и инструмент

Важно зафиксировать детали перед сваркой так, чтобы зазор был постоянным на всей длине кромок

Прихватите свариваемые детали.

После механической фиксации свариваемых деталей, применяйте сварку прихваточными швами. В процессе сварки изделие подвергается значительным тепловым нагрузкам, что естественно приводит к деформациям и критическому увеличению зазора между свариваемыми кромками.

Подумайте об теплоотводе.

Сварочный процесс будет проходить гораздо эффективнее, если не будет перегрева деталей. Это поможет нормальному формированию шва и снизит количество прожогов.

Сконцентрируйтесь на процессе.

Выбор режимов сварки имеет ключевое значение.

Используйте аргон высокой частоты.

От качества аргона во многом зависит качество полученного сварного соединения.

Подберите нужный расход защитного газа.

Помните о том, что важно подобрать правильный расход аргона при сварке. И в этом вопросе, больше расхода газа – не означает лучше

Высокий расход может привести к срыву дуги и чрезмерному давлению на сварочную ванну.

8. Используйте качественный вольфрам и присадочную проволоку.

Выбирайте вольфрамовый электрод исходя из марки свариваемого материала.

9. Выполняйте правильную заточку вольфрама.

Заточку электрода следует проводить вдоль его оси. При таком способе заточки, электроны в сварочной дуге будут более равномерно стекать с вольфрама и способствовать правильному формированию электрической дуги. Длина конуса заточки должна примерно соответствовать 2 – 3 диаметрам электрода.

Не применяйте один и тот же электрод для сварки разных металлов.

При сварке алюминия на конце вольфрамового электрода образуется шарик. Возьмите за правило использовать разные электроды для сварки алюминия и стали, чтобы не выполнять повторную заточку электрода.

Выбирайте правильное положение сварочной горелки и присадочной проволоки.

При ручной аргонодуговой сварке угол между электродом и проволокой должен составлять около 90º. Угол подачи проволоки относительно плоскости сварки – 20º. Технология автоматической сварки это предмет отдельной статьи.

Регулярно практикуйтесь в сварке.

Чтобы получить сварочный шов хорошего качества, требуются соответствующие навыки и опыт. Сварщик должен регулярно практиковаться!. Качество сварного соединения регламентируется соответствующими стандартами, в которых подробно описаны требования к полученному шву.

Применяйте сварочное оборудование от надежного производителя.

Опыт показывает, что получить положительный результат можно гораздо быстрее, если найти специалистов в своём деле!.

Если Вы не имеете достаточного опыта в автоматической или ручной дуговой сварке, Вы можете обратиться к специалистам нашей компаний.

Электроды

Неплавящиеся вольфрамовые электроды для дуговой сварки в защитных газах изготавливаются 4-х типов (согласно ГОСТ 23949-80):

ЭВЧ – чистый вольфрам без специальных добавок;
ЭВЛ – вольфрам с добавкой окиси лантана (1,1 – 1,4%);
ЭВИ – вольфрам с добавкой окиси иттрия (1,5 – 3,5%);
ЭВТ – вольфрам с добавкой двуокиси тория (1,5 – 2%).

Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от его марки, величины и рода сварочного тока. Электроды ЭВЧ используют для сварки на переменном токе, а прочие для сварки на переменном и постоянном токах прямой и обратной полярности.

Диаметр электрода, мм	Постоянный ток, полярность	Переменный ток, А
прямая	обратная
ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ
2	80	180	120	20	25	25	—	—	—
3	230	380	300	35	50	30	—	150	180
4	500	620	590	60	70	60	180	170	220
5	720	920	810	—	—	70	—	210	270
6	900	1500	1000	100	120	110	250	250	340

Род тока и полярность влияют, прежде всего, на форму провара. Эта зависимость условно представлена на рисунке.

А — постоянный ток прямая полярность;
Б — постоянный ток обратная полярность; В — переменный ток;

В процессе сварки происходит затупление электрода и, как следствие, уменьшение глубины провара. Затачивать конец электрода для сварки переменном током рекомендуется в виде сферы, а для сварки постоянным током – в виде конуса. Угол конуса должен быть 28 — 30°, длина конической части должна составлять 2 – 3 диаметров электрода. Конус после заточки должен быть притуплен, диаметр притупления должен быть от 0,2 до 0,5 мм.

Процесс заточки электрода показан на рисунке ниже. При заточке электрода могут использоваться переносные аппараты, или стационарные со специальными направляющими для электрода или без них.

Заточка W-электрода

Расход электродов диаметром 8 — 10 мм при беспрерывной работе в течение 5 часов:

ЭВЧ – 8,4 г/час, ЭВЛ – 1,2 г/час, ЭВИ – 0,18 г/час, ЭВТ – 1,4 г/час. Чтобы уменьшить расход электрода, подачу инертного газа следует начинать до включения сварочного тока, а прекращать после выключения тока и остывания электрода.

Циркониевые и гафниевые электроды используют в горелках для плазменной сварки. Сварка графитовым электродом используется очень редко – главным образом для получения сварных соединений неответственного назначения при изготовлении изделий из низкоуглеродистой стали, заваривании дефектов на чугунном литье и при сварке меди в азоте на постоянном токе прямой полярности.

Особенности аргонодуговой сварки

Для более эффективного плавления материалов в среде аргона необходимо учитывать некоторые особенности и нюансы аргонодуговой сварки. Придерживаясь несложных технических правил можно добиться максимально крепкого сварного соединения.

Итак:

Режимы аргонодуговой сварки меди неплавящимся электродом.

Вольфрамовый электрод следует подводить как можно ближе к зоне плавки. Чем меньше длина дуги, тем глубже происходит плавка материала и тоньше сварной шов.
При выполнении плавки нужно стараться выполнять одно движение вдоль линии плавления. Это обеспечит более крепкое соединение материала и эстетическую привлекательность шва.
Неплавкий электрод и присадочный материал не должны выходить за границы аргонной защиты. В случае если рабочие материалы выйдут из-под действия газа, произойдет насыщение шва атмосферным азотом и кислородом, что приведет к хрупкости сварного соединения.
Резкая подача присадочной проволоки недопустима, поскольку это вызывает разбрызгивание металла.
При работе в ручном режиме необходимо подавать присадочный материал под углом без поперечных отклонений. Это позволяет добиться ровного и крепкого шва.
По окончании процесса заваривание кратера производится реостатным снижением силы тока, но не резким обрывом дуги.
По окончании работ подачу аргона следует прекращать не менее чем через 10 секунд. И наоборот, подача газа в рабочую зону осуществляется заблаговременно (за 10-20 секунд).
Перед тем как приступить к работе, сначала нужно обработать свариваемые поверхности: очистить их от ржавчины, грязи, пыли, зачистить окисленные участки, места соединения обезжирить.
В зависимости от марки свариваемых материалов и толщины металла следует определить наиболее корректные режимы работы. Часто возникают бытовые ситуации, когда необходимо провести срочные или удаленные от города сварочные работы (к примеру, на приусадебном участке). В этом случае сварку производят собственноручно, без участия специалистов. Поскольку теоретические и практические знания у многих хозяев в этой области недостаточны, следует воспользоваться табличными данными из авторитетных источников.

Учитывая приведенные правила и особенности, неуклонно следуя им, произвести качественную сварку под силу даже неподготовленному человеку.