Вольфрамовые электроды: экономия и военная дисциплина

Температура плавления вольфрама сумасшедшая — 3422 °C, это абсолютный чемпион по тугоплавкости из всех существующих металлов. Вряд ли вы найдете готовые детали из чистого вольфрама, это очень экономный металл: вполне достаточно будет малых доз в качестве добавок, чтобы вновь образованные сплавы обладали уникальными свойствам.

На сварочные работы такая экономность тоже распространяется. На метр сварочного шва расходуются малые доли грамма чистого вольфрама. Современные сварочные технологии для новых сплавов – вот для чего вольфрамовые электроды производятся в огромных количествах и самых разных видов.

При чем здесь волчьи сливки?

Вольфрам и высокие температуры – понятия в современной технике неразделимые. Его главное свойство – чрезвычайно высокая тугоплавкость, что и определяет значение и место вольфрама в отраслях промышленности. Это значение трудно переоценить: появление вольфрама в качестве тугоплавкого компонента в самых разнообразных сплавах можно назвать настоящим промышленным переворотом. Открыли вольфрам очень давно – в 18-ом веке.

За светло-серый цвет он получил весьма экзотическое название от немецких слов Wolf – волк и Rahm – сливки: волчьи сливки. Но промышленный триумф этого чудесного металла состоялся только в начале 20-го века. В сварочном деле альтернативы вольфраму нет: вольфрамовый электрод с добавками или без них является лучшим помощником для варки самых проблемных или капризных металлов и сплавов. Промышленный вольфрамовый переворот произошел с паролем из двух слов: «электроды вольфрам».

Не боимся китайских расходников

Не нужно отворачиваться от продукции китайского происхождения в магазинах: она отличается от расходников из других стран тем, что сделана из «родного» китайского вольфрама.

Дело в том, что в Китае обнаружены самые большие запасы этого металла, страна является настоящим мировым вольфрамовым монополистом. Поэтому практически все импортные европейские вольфрамовые расходники произведены из китайского материала, а это означает определенную надбавку в цене.

Классификация и маркировка

В отличие от любых других электродов характеристики вольфрамовых электродов отлично уложены в стройную и понятную классификацию. Маркировка вольфрамовых электродов соответствует международному стандарту EN 26848. Их можно назвать самыми «дисциплинированными» расходниками в огромном массиве других сварочных материалов.

Как и все расходники, они делятся на две большие группы:

1. Электроды переменного тока для сварки алюминия и его сплавов, магния, смесей с ним и других сложных сплавов. Обычно выполнены из вольфрама без добавок.
2. Электроды постоянного тока производятся с добавками из тория, церия, циркония, иттрия, лантана и др. Применяются в работах с нержавеющей сталью, высоколегированными сплавами с никелем, медью, углеродистыми сплавами и другими металлами или сплавами.

Дальнейшая классификация основана исключительно на содержании конкретных легирующих добавок к вольфраму: какая добавка – такая и буква на втором месте в маркировочных аббревиатурах. А на первом месте, конечно же, буква W – вольфрам.

Для исчерпывающей информации о технических свойствах расходника цифры обозначают долю в процентах легирующих добавок в основной материал. Например, первая в аббревиатуре цифра 30 показывает, что в наконечнике содержится 3,0% добавки. Вторая цифра указывает длину изделия в миллиметрах.

Помимо букв и цифр в систему маркировки включена точная и понятная цветовая классификация: у каждой легирующей добавки – свой конкретный цвет вольфрамовых электродов.

Серые WC-20 содержат 2% оксида церия и являются типичными универсальными электродами для сварки любыми токами. Они дают отличную стабильную дугу. Очень популярны в соединении труб в прямых стыках. Сварка вольфрамовым электродом WC-20 производится в среде аргона высоколегированных сплавов стали и других металлов типа меди, никеля, титана.

Свойства:

• дуга зажигается легко и дает стабильное горение;
• длительный срок годности;
• отлично переносят сильное напряжение тока;
• безопасны для здоровья.

Белые WZ-8 содержат всего 0,8% оксида циркония, используются с переменным током в среде аргона. Весьма капризны к «чистоте» вокруг сварочной рабочей ванны – не терпят малейшего загрязнения. Очень устойчивы к высоким нагрузкам напряжения тока. Годятся для работы с алюминием, медью и разнообразными сплавами из этих металлов. Никель и магний тоже входят в сферу применимости этого расходника. Полноценная альтернатива электродам из чистого вольфрама.

Свойства:

• дуга зажигается легко;
• длительный срок годности и службы;
• устойчивы к токовому напряжению;
• безопасны для здоровья.

Черные WL-10, золотистые WL-15, синие WL-20 с добавкой лантана по 1%, 1,5% и 2% соответственно. Работают при постоянном токе прямой полярности. Также весьма устойчивая дуга, можно производить повторный розжиг. Швы получаются чистыми и долговечными. Имеется нюанс: электрод должен быть заточен под сферическую форму конца прутка. Применяются для напыления, плазменной сварки, соединения заготовок с тонкими кромками из разных марок стали, включая высоколегированные сплавы.

Свойства:

• дуга зажигается легко и быстро;
• длительный срок годности и службы;
• устойчивы к токовому напряжению;
• безопасны для здоровья.

Красные WT-20 электроды из вольфрама чрезвычайно популярны, содержат 2% оксида тория с массой отличных характеристик. Употребляются при постоянном токе прямой полярности для заготовок из высоколегированных нержавеющих сплавов, титана, никеля и их сплавов. На переменном токе тоже можно варить, но качество шва может получиться не очень высоким за счет «скачущей» дуги во время рабочего процесса.

Торий – радиоактивный элемент, поэтому его доля чаще всего не превышает 2%. Пары или пыль при вольфрамовой сварке могут нанести ущерб здоровью. Тем не менее эти электроды применяются чаще, чем расходники из чистого вольфрама: уж очень хорош торий в сварке самых капризных сплавов.

Свойства:

• дуга зажигается легко и быстро;
• угол заточки можно менять;
• длительный срок годности и службы;
• устойчивы к токовому напряжению;
• опасны для здоровья без соблюдения техники безопасности.

Зеленые WP – расходники из чистого вольфрама. Это лучшие вольфрамовые электроды для сварки алюминия, его сплавов с медью, магнием, никелем с помощью аргонодуговой технологии. Использовать ток переменный.

Свойства:

• дуга зажигается плохо;
• длительный срок годности и службы;
• устойчивы к токовому напряжению;
• безопасны для здоровья.

Темно-синие WY-20 с покрытием из иттрия в доле 2%, самые устойчивые наконечники для сварки сложных и ответственных конструкций.

Лучшие марки вольфрамовых электродов типов WT-20, WL-20, WC-20, WZ-8, WP, WY-20 применяются в сварке TIG – Tungsten Insert Gas или WIG, GTA, АДС – все аббревиатуры обозначают одно: дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа в трех вариантах – ручном, полуавтоматическом или автоматическом. Российские разновидности вольфрамовых электродов выпускаются чаще под иной маркировкой: ЭВЧ, ЭВЛ, ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3, ЭВТ-15 по ГОСТу 23949-80.

Но все они соответствуют международным стандартам, в чем можно убедиться в многочисленных справочниках по сварочному делу. На всякий случай добавим, что вольфрамовые расходники – лучшие электроды для аргонодуговой сварки.

Как выбрать самый подходящий расходник

Выбор вольфрамового электрода можно делать по разным критериям:

• Тип (переменный или постоянный ток), наличие добавок, химический состав и доля этих добавок.
• Диаметр электрода, от которого зависит ширина сварочного шва.
• Форма и качество заточки конца электрода.

При выборе расходника по составу свариваемых поверхностей и методу сварки лучше пользоваться справочниками.

В международной маркировке легко ориентироваться:

• Первая заглавная латинская буква W – это вольфрам, вторая заглавная латинская буква – это легирующая добавка.
• Первая цифра после латинских букв обозначает долю добавки в процентах. Например, цифра 15 показывает, что доля добавки в вольфрамовом электроде составляет 1,5%. Вторая цифра, которая пишется через дефис после первой, обозначает длину электрода в миллиметрах. Самая распространенная длина – это 175 мм, бывают по 50 мм и выше, но не длиннее 175 мм.

Заточка и еще раз заточка

Одной из главных особенностей вольфрамовых электродов является обязательность заточки их концов. Плавящиеся наконечники в этом отношении намного удобнее и «лояльнее» к мастеру – они готовы к работе сразу же, даже после первичного использования. Неплавящиеся же вольфрамовые электроды нужно постоянно контролировать. Все дело в потоках электронов, которые движутся к концу прутка, и от которых зависит давление дуги на свариваемую поверхность. А от такого давления зависит все: качество и габариты шва, глубина проварки.

Заточка вольфрамового электрода и его форма подпадают под жесткие правила и зависит от конкретной марки расходника:

• Форма шарика на кончиках в марках WP и WL.
• Форма конуса в марках WC, WY, WT, WZ.

Имеет значение и длина, на которую нужно затачивать наконечник. Определить ее можно, умножив диаметр расходника на постоянное число 2,5. Если, например, диаметр равен 3 мм, то затачивать его конец нужно на длину в 7,5 мм. Точить нужно болгаркой или точильным кругом.

Кроме длины заточки важен и ее угол. Если сварка будет проходить на невысоком токе, угол заточки должен составлять 10 – 20 градусов. Для тока средней силы подходит угол радиусом от 20-ти до 30-ти градусов. При мощном токе нужен угол от 60-ти до 120-ти градусов. Почему важен угол: его величина влияет на устойчивость дуги и на долговечность работы самого электрода.

Самые распространенные размеры угла заточки находятся в диапазоне от 20-ти до 90-та градусов. Если угол меньше 20-ти градусов, электрод будет быстро изнашиваться. Если больше 90 градусов, появится риск неустойчивости горения дуги аргоновой сварки. Угол заточки конца расходника не зависит от материала, из которого он сделан, здесь имеют значение только характеристики тока.

Если заточка вольфрамовых электродов игнорирована или не соответствует правилам, последствия проявятся обязательно: первым делом это будет не полностью проваренный шов с некачественным креплением. Несимметричная форма заточки обязательно собьет дугу с правильного направления. Слишком острые или слишком тупые углы приведут к высокому изнашиванию расходника или к мелкой проварке шва. Также нужно контролировать два дополнительных критерия:

• степень остроты или притупления кончика;
• появление рисок в процессе заточки.

Уровень притупления конца электрода нужно подобрать под диаметр стержня и показатели тока. Риски размещаются вдоль заготовки. После заточки изделие лучше отполировать.

Заточка настолько важна, что выпускаются и продаются специальные устройства:

• G–Tech от знаменитого шведского производителя ESAB – это машинки с алмазными дисками с системой всасывания пыли.
• ESG Plus от немецкого производителя Orbitalum для работы с шестью видами сечений и четырьмя вариантами углов заточки.
• EWM TGM 40230 от немецкого производителя EWM HighTec Welding GmbH – компактный ручной станок для заточки под углами от 0° до 90°.

Аргонодуговая сварка, советы

Ток должен быть постоянным прямой полярности – это классическое требование сварки в аргоне вольфрамовыми расходниками. Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки нужно выбирать по диаметру электрода и форме его заточки. К этому выбору подойти нужно более чем внимательно. Конец нужно затачивать остро и очень точно. Если производится в кустарных условиях, заточку можно делать на точильном станке.

Не допускать перегрева наконечника, потому что, нагреваясь, вольфрам становится хрупким и может раскрошиться. Качество чистого аргона должно быть очень высоким с объемной долей не меньше 99,99%. Если это требование не выполнять, шов немедленно потемнеет. Варить нужно справа налево, горелку держать в правой руке под углом от 70° до 85°, присадочную проволоку – в левой руке под углом в 20°.

Переменный ток используется в сварке алюминия и его сплавов, при этой технологии электрод для аргонной сварки не требует столь тщательной заточки. Достаточно будет умеренного закругления. В работе с алюминием важнейшим требованием является предварительная максимально тщательная очистка поверхностей с особым вниманием удалению жировых остатков.

Главное – запомнить, что вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки будут великолепно работать лишь при соблюдении всех технологических требований. Это самый дисциплинированный электрод по своей сути, но он требует такой же дисциплины и от мастера.