Понимание различных типов вольфрамовых электродов в сварке тиг

Понимание различных типов вольфрамовых электродов в сварке TIG

Вольфрамовые электроды являются сердцем процесса сварки TIG (Tungsten Inert Gas), служа в качестве нерасходованного проводника, который устанавливает и поддерживает дугу. Также известный как сварка дуги вольфрама (GTAW), этот процесс опирается на электрод для подачи тока к заготовке, оставаясь при этом неповрежденным во всем сварном швах. Выбор вольфрамового электрода непосредственно влияет на стабильность дуги, качество сварки и общую эффективность. С несколькими доступными типами - каждый из которых отмечен четким цветовым кодом и конкретными легирующими добавками - выбор правильного электрода имеет решающее значение для достижения чистых, прочных сварных швов на материалах, начиная от алюминия и магния до нержавеющей стали и экзотических сплавов.

В этом руководстве подробно рассматривается наиболее распространенные вольфрамовые электроды, их свойства, применение и передовой опыт для подготовки и обработки. Понимая нюансы каждого типа, сварщики могут оптимизировать производительность, уменьшить загрязнение и продлить срок службы электродов. Для дальнейшего изучения процесса GTAW обратитесь к обзору сварки TIG Lincoln Electric .

Как работают вольфрамовые электроды при сварке TIG

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления любого металла (3 422 °C / 6 192 °F), что делает его идеальным для нерасходующих электродов. Во время сварки электрод проводит электрический ток для создания дуги между наконечником и заготовкой. Дуга генерирует интенсивное тепло, которое плавит базовый металл и, если используется, наполнитель. Поскольку электрод не тает, он должен быть способен выдерживать высокие температуры без преждевременного размывания. Для улучшения электронного излучения, дугообразного запуска и стабильности добавляются легирующие элементы, такие как торий, церий, лантан или цирконий. Цветные полосы на наконечнике электрода указывают на состав, что позволяет быстро идентифицировать в цехе.

Типы вольфрамовых электродов

Электроды классифицируются по их химическому составу, что влияет на их работу на переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Пять основных типов являются чистыми, торированными, церитированными, лантанированными и цирконийными. Каждый из них имеет сильные и слабые стороны, подходящие для конкретных материалов и источников питания.

Чистый вольфрам (зеленый)

Чистые вольфрамовые электроды содержат 99,5% вольфрама без преднамеренных легирующих элементов. Они идентифицируются зеленой полосой. Эти электроды в первую очередь используются для сварки АС алюминия и магния, поскольку они производят стабильный, шарнирный наконечник, который помогает инициировать дугу в присутствии переменного тока. Закругленная форма наконечника уменьшает включение вольфрама в сварочный бассейн. Однако чистый вольфрам имеет более низкую пропускную способность и более быстрое выгорание по сравнению с легированными электродами. Он не рекомендуется для сварки постоянного тока из-за плохой стабильности дуги и высоких температур наконечника, которые могут вызвать быструю деградацию. Всегда используйте чистый вольфрам на синусоидальных машинах переменного тока или инверторах, установленных на сбалансированную форму волны переменного тока. Для получения дополнительной информации о методах сварки переменного тока см. руководство Миллера по сварке алюминия TIG .

Thoriated Tungsten (Красный)

Торированное вольфрамовое электрод содержит от 1% до 2% оксида тория (ThO2) и помечено красной полосой. Добавление тория снижает функцию работы, а это означает, что для излучения электронов требуется меньше энергии. Это приводит к более легкому запуску дуги, более длительному сроку службы электродов и большей емкости тока по сравнению с чистым вольфрамом. Торированное электродное вещество превосходит сварку постоянного тока из углеродистой стали, нержавеющей стали, никелевых сплавов и титана. Они поддерживают заостренную форму кончика, которая обеспечивает концентрированную дугу для точных сварных швов.

Значительная проблема с торированным вольфрамом - радиоактивность. Торий - низкоуровневый радиоактивный элемент, который испускает альфа-частицы. В то время как риск внешнего излучения минимален, измельчение электрода производит пыль, которая может быть вдыхаема или проглатывается, создавая долгосрочную опасность для здоровья. Всегда используйте специальное шлифовальное оборудование со сбором пыли, носите респиратор и тщательно мойте руки после обработки. Из-за этих проблем безопасности многие сварщики переходят на нерадиоактивные альтернативы. Руководящие принципы OSHA по радиоактивным материалам обеспечивают важную информацию о безопасности для магазинов, которые продолжают использовать торированное электроды.

Сериированный вольфрам (Gray)

Серирован вольфрамовые электроды содержат 2% оксида церия (CeO2) и идентифицируются серой полосой. Цериум является редкоземельным элементом, который обеспечивает превосходное электронное излучение при более низких ампературах, что делает церированное электроды идеальными для тонкодисперсных материалов и сварки постоянного тока на углеродистой стали, нержавеющей стали и медных сплавах. Они также хорошо работают на переменном токе при умеренных токах. Поскольку церий не является радиоактивным, эти электроды безопаснее обрабатывать и измельчать, чем торированное. Серированное электроды очень хорошо поддерживают острый наконечник и предлагают более длительный срок службы в некоторых приложениях постоянного тока. Однако они могут не обрабатывать чрезвычайно высокие токи, а также торированное или лантанатное электроды. Многие сварщики используют церирован в качестве прямой замены капельного сварки, особенно в орбитальной сварке TIG, где дуговая начальная консистенция имеет решающее значение.

Лантанатированный вольфрам (золото)

Электроды лантанового вольфрама легированы с 1% до 2% оксидом лантана (La2O3) и несут золотую полосу. Они обеспечивают лучшую универсальную производительность среди современных электродов. Электроды лантанового типа демонстрируют низкий дуговой блуждание, легкий дуговой запуск и выдающуюся емкость тока как в переменном, так и в постоянном токе. Они могут работать в широком диапазоне ампеража без ущерба для формы наконечника. Наконечник может быть заточен до точки для сварки постоянного тока или забит для переменного тока. Электроды лантанового типа не являются радиоактивными, что делает их популярным выбором, где правила безопасности ограничивают использование тория.

Во многих приложениях лантановые электроды превосходят торированное, обеспечивая более стабильную дугу при более низких ампературах и лучше сопротивляясь загрязнению. Они хорошо подходят для автоматизированных систем сварки, которые требуют согласованных характеристик дуги. Для ручной сварки они уменьшают необходимость перемола кончика так же часто. Согласно сводке электродных сплавов Welding.org , лантанат все чаще является стандартным выбором для сварки TIG общего назначения.

Циркониированный вольфрам (Brown)

Циркониированные вольфрамовые электроды содержат около 2% оксида циркония (ZrO2) и помечены коричневой полосой. Они специально предназначены для сварки переменного тока, особенно на алюминии и магнии, где необходима превосходная устойчивость к дуге и сопротивление загрязнению. Циркониированные электроды образуют очень стабильный шарнирный наконечник, который сопротивляется блужданию и снижает вероятность включения вольфрама в сварочный бассейн. Они часто предпочтительны в приложениях, которые требуют чистых, безоксидных сварных швов на тонком алюминиевом листе. По сравнению с чистым вольфрамом, цирконий электроды имеют более высокую пропускную способность тока и более длительный срок службы на переменном токе. Они также хорошо работают в легких приложениях постоянного тока, но они не так эффективны, как торированное или лантанированное для высокоточного сварки стали постоянного тока.

Электродная подготовка и Tip геометрия

Правильная подготовка вольфрамового электрода необходима для управления дугой и качества сварки. Форма наконечника — заостренная, усеченная или шарнирная — зависит от типа тока и сварочного материала. Для сварки постоянного тока с прямой полярностью (DCEN) измельчение электрода до резкой точки с включенным углом 20–30 градусов. Плоская земля (усечение) 0,5–1,0 мм на наконечнике предотвращает расплавление точки и падение в сварочный бассейн. Для сварки переменного тока шарнирный наконечник образуется путем кратковременного удара дугой по медному блоку или лома материал. Форма шара распространяет дугу и помогает стабилизировать форму волны переменного тока. Чистые и циркониевые электроды естественным образом шарик при использовании на переменном токе; лантанированный и сериированный можно шарить преднамеренно или использовать с заостренным наконечником.

Всегда измельчайте вольфрамовые электроды продольно (параллельно длине стержня), а не перпендикулярно. Измельчение по электроду оставляет круглые царапины, которые могут переносить загрязняющие вещества в сварку и вызывать дуговую нестабильность. Используйте специальную вольфрамовую шлифовальную машину или тонкогранное алмазное колесо, зарезервированное только для вольфрама, чтобы избежать перекрестного загрязнения от других металлов. Носите щит для лица и респиратор, особенно при измельчении торированного электрода, и собирайте всю пыль для правильного удаления.

Выбор правильного электрода для вашего приложения

Выбор правильного электрода включает оценку основного металла, текущего типа, положения сварки и желаемых характеристик сварки. В таблице ниже кратко излагаются типичные применения:

• Чистая (зеленая): Сварка переменного тока из алюминия и магния; низкие текущие требования; бюджетный, но ограниченный срок службы.
• Торированное (Красное): Сварка постоянного тока из углеродистой стали, нержавеющей стали, титана, никелевых сплавов; высокая мощность; предпочитают для глубокого проникновения.
• Серифицированная (серая): DC низкоамперажная сварка, тонкие материалы, орбитальный TIG; безопасная альтернатива торированному.
• Лантагенизированное (золото): Универсальное для переменного и постоянного тока; отличная устойчивость дуги; подходит как для ручной, так и для автоматической сварки.
• Цирконирован (Brown): Сварка переменного тока алюминия с минимальным загрязнением; лучше всего для тонких листовых и высококачественных косметических сварных швов.

При сомнениях, лантановое (золото) является наиболее гибким выбором для магазина, который сваривает различные материалы. Для специализированных алюминиевых работ циркониевые или чистые электроды предлагают конкретные преимущества. Для высокопроизводительной сварки стали постоянного тока торированное остается широко используемым, несмотря на проблемы безопасности, но лантановое является подходящим заменителем.

Размер электрода и текущая мощность

Диаметр вольфрамового электрода должен соответствовать диапазону ампераций сварного шва. Использование малогабаритного электрода вызывает перегрев, быстрый износ и дуговая нестабильность. Негабаритный электрод может не инициировать стабильную дугу и может отбрасывать материал. Стандартные диаметры варьируются от 0,020 дюймов (0,5 мм) для очень тонкого материала до 1/8 дюйма (3,2 мм) для тяжелых секций. Например, 1/16-дюймовый (1,6 мм) лантанированный электрод может обрабатывать 60-150 ампер АС и до 200 ампер DC. Всегда консультируйтесь с графиком ампеража производителя для конкретной геометрии сплава и кончика. Также важно учитывать расход газа и размер чашки - большие чашки с более высоким потоком газа могут защитить электрод при более высоких токах.

Выбор щитового газа и жизнь электродов

Выбор экранирующего газа влияет на производительность электродов и долговечность. Чистый аргон является наиболее распространенным газом для сварки TIG и хорошо работает со всеми типами электродов. Он обеспечивает хорошее очищающее действие на переменный ток и стабильную дугу. Гелий может быть добавлен для увеличения теплоотдачи для более толстых материалов, но гелий повышает температуру дуги и может ускорить эрозию электродов, особенно с торированными или чистыми электродами. Для сварки нержавеющей стали с лантанатом на DC, 100% аргона достаточно примерно до 200 ампер. Выше этого может потребоваться смесь гелия и аргона, но электрод должен быть правильного размера. Всегда поддерживать адекватный газ после потока для охлаждения электрода после сварки и предотвращения окисления.

Устранение проблем с обычными электродами

Даже при правильном электроде могут возникнуть проблемы. Распознавание и исправление этих проблем экономит время и материал:

• Блуждание по дуге часто является результатом загрязненного или неправильной формы наконечника. Оправьте наконечник тонким колесом и убедитесь, что газовая линза чистая.
• Толмание или шарение на DC предполагает, что ампература слишком высока или электрод слишком мал. Переключитесь на больший диаметр или уменьшите ток.
• Вольфрамовые включения в сварочном бассейне вызваны опусканием электрода в расплавленную лужу, использованием слишком резкой точки, которая отрывается, или наличием избыточного тока для размера кончика. Избегайте касания лужи и регулировки параметров.
• Быстрое разрушение электродов на переменном токе может указывать на неправильный тип электродов (например, использование чистого при высокой ампературе) или недостаточное покрытие газом. Проверить наличие утечек и увеличить поток газа до по меньшей мере 12 CFH.