Из всех существующих видов соединений металлов и сплавов, пожалуй, самым распространенным является сварка. Из множества существующих разновидностей сварки, одной из самых надежных и качественных является аргоновая сварка вольфрамовым электродом. Вольфрамовую сварку проводят так же в среде углекислоты и смеси газов.
Особенности
Сварка с использованием вольфрама очень эффективна. Вольфрам является настолько тугоплавким металлом, что выдерживает температуры, при которых другие металлы плавятся. Поэтому, в отличие от плавящихся электродов, вольфрамовый можно использовать в течение длительного времени для производства большого объема работ.
Такая особенность позволяет изготовить непрерывные сварочные швы большой длины при постоянных параметрах сварки. Так как вольфрамовый электрод не оплавляется, для заполнения сварочной ванны металлом почти всегда используется присадочная проволока.
Еще одной особенностью сварки вольфрамовыми электродами является электрическая схема. При сварке вольфрамом полярность постоянного тока меняют на обратную.
По причине того, что электрод не плавится, зажигать дугу касанием свариваемых деталей не рекомендуется, так как вольфрамовый электрод теряет свои свойства из-за наслоения побочных продуктов, образующихся при сгорании металла.
В этом случае для бесконтактного зажигания дуги используется осциллятор-стабилизатор сварочной дуги (ОССД), работа которого заключается в инвертировании переменного напряжения промышленной частоты в импульсы высокой частоты, необходимые для розжига. Осциллятор должен подключаться к источнику сварочного тока последовательно.
Применение аргона
Для повышения качества сварных швов при сварке вольфрамом используется аргон. Этот инертный газ, будучи тяжелее воздуха, вытесняет его, опускаясь на дно сварочной ванны.
Сам аргон практически нейтрален при взаимодействии с вольфрамом и свариваемым металлом. При горении дуги он препятствует образованию соединений металла с составляющими воздуха.
Для уменьшения пористости шва иногда в аргон добавляется кислород в количестве 2-5% от объема инертного газа. Это помогает защитить металл от загрязнений, влаги и прочих включений, которые попадают в область вольфрамовой сварки.
Кислород способствует повышению температуры дуги в среде аргона. Большинство посторонних неметаллических частиц сгорает еще до твердения присадочного металла в шве или всплывает на его поверхность.
При малой толщине свариваемых деталей допускается сварка вольфрамовым стержнем без применения присадочного материала.
Применение аргоновой сварки и вольфрама наиболее эффективно при использовании сварочных автоматов. При малой длине швов или их разной ориентации использование автоматической сварки неприменимо, а темп ручной сварки очень низок.
Сварка в аргоне происходит при помощи специальной горелки, внутрь которой по специальному шлангу подается инертный газ. При помощи двух кабелей – питающего и управляющего – подается ток на электрод.
Цветная и буквенная маркировка
Электроды из вольфрама различаются по материалу легирующих присадок, применяемых при их изготовлении. Эти добавки увеличивают долговечность электродов. Они же и определяют свойства изделий при их использовании для сварки соответствующих материалов.
Тип вольфрамового электрода определяется по содержанию буквенно-цифровой информации и по цветам маркировки, нанесенной на стержень. Буквенно-цифровая и цветовая маркировки соответствуют друг другу.
Буквенная
Первой буквой идет всегда W. Она указывает на материал, из которого изготовлен электрод – вольфрам. Вторая буква латинского алфавита указывает на тип легирующей добавки:
- C – оксид церия. Это универсальный вольфрамовый проводник. Его можно применять для сварки постоянным и переменным током. Горение сварочной дуги происходит даже при незначительной величине тока;
- Z – оксид циркония (наиболее тугоплавкий). Пригоден для сварки переменным током. Крайне важно соблюдать требования к чистоте сварочной ванны. Недопустимо малейшее загрязнение. Сварка отличается стабильной и мощной дугой;
- L – окись лантана. При использовании вольфрамовых стержней с этой добавкой происходит быстрый и легкий розжиг дуги и стабильное ее горение. Практически устраняется возможность прожига свариваемых деталей. Электроды, в составе которых содержится оксид лантана, наиболее долговечны;
- T – окись тория. Эта добавка позволяет с высоким качеством сваривать заготовки из коррозионностойкой стали. Сварка при этом должна производиться на постоянном токе. При работе вольфрамовыми электродами с торием предъявляются высокие требования к подготовке свариваемых поверхностей, иначе дуга может «перескакивать» с одного «микровыступа» на другой. Очевидно, что шов будет не проваренным. Из-за высокой радиоактивности тория рабочее место должно быть оборудовано идеальной вентиляцией, иначе пары могут оказать вредное влияние на здоровье;
- Y – иттрий. Сварка постоянным током с помощью этих вольфрамовых изделий осуществляется при изготовлении наиболее ответственных конструкций, так как подобные электроды являются наиболее устойчивыми к разрушению;
- P – без добавок. В изделиях с такой маркировкой содержание вольфрама должно быть не ниже 99,5 %. Такие электроды обеспечивают устойчивое горение дуги при использовании переменного тока. Это делает их наиболее востребованными при сварке алюминия в среде аргона.
Чтобы донести более полную информацию о характеристиках вольфрамовых электродов, на стержнях после латинских букв указываются два цифровых значения через дефис. Число в первом показывает процентное содержание присадки, увеличенное в десять раз, во втором – длину стержня в миллиметрах. Например, маркировка WL 15-150 указывает, что в составе вольфрамового стержня, длиной 150 миллиметров, содержится 1,5 % оксида лантана.
Цветовая
Цветовое обозначение применяется для большего удобства при необходимости выбора вольфрамовых прутков. Оно представляет собой окраску концов стержня в один из следующих цветов:
- зеленый – изделия без присадок, обозначаемые символами WP;
- серый – вольфрамовый электроды с 2,0 % окиси церия, имеющие обозначение WC 20;
- черный – изделия, содержащие 1,0 % оксида лантана, обозначаемые WL 10;
- золотистый – прутки с 1,5 % оксида лантана, на которых проставлено WL 15;
- синий – стержни с 2,0 % окиси лантана, маркируемые как WL 20;
- белый – изделия с оксидом циркония с содержанием его 0,8 %. Обозначение таких изделий – WZ 8;
- желтый – прутки, имеющие в своем составе 1,0 % окиси тория. Их маркировка – WT 10;
- красный – изделия из вольфрама, изготовленные с добавлением 2,0 % оксида тория, имеющие обозначение WT 20;
- фиолетовый – прутки с 3,0 % оксида тория и с маркировкой WT 30;
- оранжевый – стержни, в состав которых включены 4,0 % оксида тория. Обозначение таких электродов – WT 40;
- темно-синий – электроды с иттрием в соотношении 2,0 % к вольфраму. Их обозначение WY 20;
Таким образом, идентификация нужного вида вольфрамовых электродов упрощается.
Для алюминия
Соединение алюминиевых деталей должно быть легким и прочным. Эти требования возможно выполнить, используя сварку. Но вся проблема в том, что при отличных эксплуатационных качествах, алюминий очень сложно сваривать.
Проблемы при сваривании обусловлены химическими и физическими свойствами металла. На поверхности изделий всегда присутствует алюминиевая окисная пленка, которая имеет температуру плавления более 2000 °C при том, что сам алюминий плавится уже при 650 °C. Это требует от сварщика удаления и прожигания окисной пленки до прогрева алюминия.
Алюминий на воздухе, да еще в разогретом состоянии быстро окисляется, что создает предпосылки для образования тугоплавкой пленки на расплавленном металле.
В результате шов получается неоднородным. Для устранения этого фактора необходимо обеспечить отсутствие доступа воздуха в зону сварки, что и делает аргон при вольфрамовом методе.
Текучесть алюминия в расплавленном состоянии требует применения различных теплоотводящих подкладок. Водород, выходящий из алюминия наружу при разогреве, создает множество пор, приводящих к ослаблению сварочного шва.
Большой коэффициент температурного расширения и возникающая поэтому усадка при остывании приводит к значительной деформации изделия. Высокая теплопроводность материала требует применения тока, который превосходит по значению ток, необходимый для соединения более тугоплавких материалов.
Для качественного соединения свариваемых деталей с учетом вышеописанных свойств, применение вольфрамового электрода для аргонодуговой сварки алюминия становится наиболее целесообразным. Лучшим решением в этом случае будет применение вольфрамовых стержней без добавок.
Для устранения окисной пленки на поверхности материала необходимо сварку производить непременно током обратной полярности.
Заточка вольфрамовых электродов
Качество сварочных работ, помимо выбора типа электрода и параметров сварочного тока, зависит еще и от правильной заточки стержня. От формы наконечника неплавящегося электрода будет зависеть ширина и глубина зоны проплавления металла.
Форма заточки зависит еще и от применяемого тока и его значения. Требования по заточке в справочной литературе могут различаться, но эти различия существенного влияния на качество вольфрамовой сварки не окажут.
Общая рекомендация по заточке следующая – стержни марок WP, WL необходимо затачивать до состояния полусферы, в то время, как для марки WT достаточно лишь обозначить небольшую выпуклую форму. Остальные типы вольфрамовых электродов затачиваются конусом.
Важным условием правильной заточки является недопустимость ошибок. Не должно быть несимметричной заточки, вызывающей отклонение дуги в сторону от шва, и наличия рисок от заточки, не совпадающих по направлению с осью стержня, что также может вызвать блуждание дуги.
При правильном выборе материалов и обеспечении необходимой среды, с помощью вольфрамовой сварки возможно соединение практически любых металлов и сплавов.
