Какие вольфрамовые электроды для сварки нержавейки

Аббревиатура TIG расшифровывается как Tungsten (вольфрам) Inert (инертный) Gas (газ). То есть, TIG сварка означает – сварка вольфрамовыми электродами в среде инертного газа. При этом металл (в виде прутка) для заполнения шва (если это необходимо) подается второй рукой. В качестве инертного газа чаще используется аргон, он защищает металл, разогретый дугой до высокой температуры, от газов воздуха – кислорода, азота, водяного пара. Инертный газ непрерывно подается в зону горения дуги. Выглядит это так:

Реже используется гелий, из-за высокой стоимости и большего расхода (из-за меньшей плотности). Однако, при одном и том же значении тока, дуга в гелии выделяет в 1,5-2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительно повышает скорость сварки. Поэтому при сварке тугоплавких металлов отдают предпочтение гелию. Смесь аргона и гелия (оптимальный состав содержит 35-40% аргона и 60-65% гелия) имеет преимущества обоих газов: аргон обеспечивает стабильность дуги, гелий – высокую степень проплавления.

Преимущества

• TIG сварка отличается чистым, аккуратным и точным сварным швом.
• TIG сваркой можно сваривать больше металлов чем любым другим способом сварки. Качественно свариваются коррозионностойкая сталь, алюминий, магний, медь, бронза и др.
• TIG сварка позволяет лучше контролировать сварочную ванну и весь процесс в целом, что позволяет делать аккуратные и точные швы. В процессе сварки нет искр и брызг (если все делается правильно), т.к. присадочный металл подается без избытка. На шве нет шлака, а воздух не задымляется, как при сварке покрытыми электродами.

Выбор и заточка вольфрамовых электродов

Как понятно из названия, вольфрамовые электроды делаются из вольфрама, которого в них 97-99,5%. При этом, в зависимости от условий использования, применяются различные добавки. Вольфрам имеет очень высокую температуру плавления (3380°C), самую высокую из металлов. Поэтому, сделанные из него электроды способны относительно успешно противостоять высокой температуре дуги.

Тип вольфрамового электрода, состав, маркировка	Характеристика
Вольфрамовые электроды без специальных добавок

Вольфрама не менее 99,5%, остальное примеси

WP (зеленый)

Чистый вольфрам характеризуется очень высокой энергией, необходимой для выхода электрона из атома, вследствие чего зажигать дугу сложнее, чем с легированными электродами. Кроме того, из-за высокой энергии выхода электрона, температура на кончике выше, что приводит к короткому сроку службы электрода. Эти электроды используются только для сварки переменным током, однако лучше их вообще не использовать .Вольфрамовые электроды легированные оксидом тория

WT-20* (красный)

Долгое время торированные электроды были наиболее часто используемыми, и поэтому превратились в стандарт, который используется для сравнения других вольфрамовых электродов. Однако, поскольку торий является радиоактивным, многие пользователи перешли к другим альтернативам (когда они появились). Торий не вредит здоровью находясь в электроде, но опасна пыль, образующаяся при заточке, которая может попасть в легкие или открытые раны. Торий выделяется в воздух и при сварке, но в значительно меньшем количестве. Поэтому следует принимать меры предосторожности при заточке и сварке. Несмотря на эти проблемы, торированные электроды по-прежнему часто используются. Они имеет низкую энергию выхода электрона, и главное, хорошо работают при перегруженности по току . Эти электроды используются для сварки постоянным током, и не должны использоваться с переменным током.Вольфрамовые электроды легированные оксидом церия

WC-20* (серый)

Эти электроды особенно хороши для сварки постоянным током с низкой силой тока, потому что они очень легко зажигают дугу и, как правило, не могут работать при таких же высоких токах как торированные электроды. Хороши для коротких циклов сварки . В частности, они широко используется для сварки очень мелких деталей. Используются для сварки постоянным током, и не должны использоваться с переменным током.Вольфрамовые электроды легированные оксидом лантана

WL-20* (синий)

Имеют низкую энергию выхода электрона и самую низкую температуру на кончике, что способствует увеличению срока службы. Если не перегружать электрод по току, он может прослужить дольше, чем торированный электрод . Но не может работать при таких же высоких токах как торированный электрод. Используется для сварки постоянным током, а также будет показывать хорошие результаты с переменным током.Вольфрамовые электроды легированные оксидом циркония

WZ-8 (белый)

Этот материал является наиболее часто используемым при сварке переменным током , потому что имеет более стабильную дугу, чем чистый вольфрам. Хорошо препятствуют загрязнению ванны при переменном токе. Ни при каких обстоятельствах не рекомендуются для сварки постоянным током.Вольфрамовые электроды легированные оксидом иттрия

WY-20* (темно-синий)

Стойко выдерживают большие токи не загрязняя металл шва вольфрамом. Используются для сварки особо ответственных соединений постоянным током.Другие вариантыСуществуют и другие, менее распространенные электроды, например со смесью различных оксидов.

* – цифра в маркировке обозначает концентрацию оксида, и есть электроды с меньшими концентрациями, например WL-15 (золотистый), содержащий около 1,5% оксида лантана. Они имеют и другой цветовой код.

Даже если два электрода относятся к одному типу и имеют одинаковую концентрацию легирующей добавки, но произведены разными фирмами, они могут заметно отличаться в работе. Большое значение имеет размер зерна, структура и распределение оксида. Поэтому аккуратнее выбирайте производителя.

Выбор диаметра электрода:

Металл	Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм
Цветные металлы	1	1,6
	2	2	4	3	5-6	4	7 и более	5
	Углеродистые, конструкционные и нержавеющие стали, жаропрочные сплавы	0,5	1
		1	1,6	2	2	3	3	4	4	5 и более	6

Большое значение имеет заточка электрода, причем со временем электроды деформируются и заточку нужно обновлять. При сварке постоянным током используется конусовидная заточка, при переменном токе делается округлый кончик.

Длина заточки влияет на глубину и ширину шва при сварке, её размер около 2-0,5 диаметра электрода. Ширина зоны проплавления уменьшается с увеличением длины заточки, а при малой длине заточки заметно снижается глубина проплавления. На стабильность дуги также влияют риски, образующиеся при заточке. Для стабильного горения дуги риски должны располагаться строго вдоль оси электрода, а их величина должна быть минимальной. Наилучшим вариантом является полировка электрода после его заточки. Также на горение дуги влияет притупление на кончике. Диаметр притупления выбирается в зависимости от диаметра электрода и величины сварочного тока.

Выполнение TIG сварки

Большинство металлов сваривается постоянным током прямой полярности (на электроде минус). Сварку алюминия и его сплавов, магния, медных сплавов со значительным содержанием алюминия (например, алюминиевая бронза) выполняют переменным током.

Сварочный ток выбирается в соответствии с диаметром электрода. Величина тока зависит также от рода тока. В таблице представлены ориентировочные значения силы тока (при использовании аргона), последнее слово за производителем выбранного электрода. Если ориентироваться на нижнюю границу, то при слишком малой силе тока дуга будет блуждать, и нужно просто увеличить силу тока (при условии правильной заточки электрода).

Диаметр электрода, мм	Постоянный ток прямой полярности, А	Переменный ток, А
1	10-70	10-15
1,6	40-130	30-90
2	65-160	50-100
3	140-180	100-160
4	250-340	140-220
5	300-400	200-280
6	350-450	250-300

Если сила тока будет чрезмерной для данного диаметра электрода, то электрод расплавится. Если слишком маленькой, то дуга будет нестабильной.

Напряжение на дуге зависит от её длины. Рекомендуется вести сварку на минимально короткой дуге, что соответствует пониженным напряжениям на ней. При повышении длины увеличивается ширина шва, уменьшается глубина проплавления и ухудшается защита зоны сварки. Оптимальная длина дуги составляет 1,5-3 мм, что соответствует напряжению на дуге 11-14В (напряжение холостого хода около 50-70В).

Вылет кончика электрода при сварке стыковых соединений должен быть 3-5 мм, а угловых и тавровых 5-8 мм.

Истечение газа по всему сечению сопла должно быть равномерным. Для этого внутри горелки устанавливаются газовые линзы, которые поддерживают ламинарный поток. При ветре или сквозняке эффективность защиты определяется жесткостью струи газа и ее размером.

Жесткость струи зависит от газа (аргон, гелий, их смесь) и растет с увеличением скорости его истечения. Поэтому при увеличении диаметра сопла необходимо одновременно повышать расход газа. Для улучшения защиты при сварке на ветру и на повышенных скоростях рекомендуется увеличить расход газа и диаметр сопла, а также приблизить горелку к детали. Для ограждения от ветра, зону сварки закрывают малогабаритными экранами. Подачу газа выключают через 10-15с (примерно по одной секунде для каждых 10А сварочного тока) после обрыва дуги. Для лучшей защиты металла, например при сварке титана, используют специальные приспособления (см. в статье Приспособления для сварки).

Существует два способа зажигания дуги: бесконтактный (дуга зажигается при помощи высокочастотного и высоковольтного разряда, создаваемого осциллятором) и контактный (дуга между электродом и изделием возникает в результате короткого замыкания электрода на изделие). Бесконтактный способ зажигания дуги используется когда недопустим поверхностный ожог и попадание вольфрама в шов, например, при сварке высоколегированных коррозионностойких сталей и сплавов (вольфрам может нарушить стойкость стали к коррозии). Контактный способ используют при сварке малоответственных конструкций, когда требования к качеству менее жесткие. Однако, при сварке ответственных металлоконструкций при отсутствии осциллятора, контактное зажигание дуги и выход на режим сварки можно выполнять на угольной или медной пластине. Современные аппараты сильно ограничивают ток короткого замыкания при касании электродом изделия, а при поднятии электрода, микроконтроллер обеспечивает плавное нарастание тока.

При сварке совершают только одно движение – вдоль оси шва. Отсутствие поперечных колебаний приводит к тому, что шов получается более узкий.

Чтобы металл шва не насыщался кислородом или азотом воздуха, надо следить, чтобы конец присадочного прутка постоянно находился в зоне защитного газа. Во избежание разбрызгивания металла, конец прутка подают в сварочную ванну плавно. О степени проплавления судят по форме ванны расплавленного металла. Хорошему проплавлению соответствует ванна растянутая в сторону направления сварки, а плохому – круглая или овальная.

Сварку обычно выполняют справа налево. При сварке без присадочного материала, электрод располагают перпендикулярно к поверхности свариваемого металла, а с присадочным материалом – под углом. Присадочный пруток перемещают впереди горелки без поперечных колебаний.

При наплавке валиков горизонтальных швов в нижнем положении, присадочному прутку придают два направления движения: вниз и поступательно вдоль свариваемых кромок. Это надо делать так, чтобы металл равномерными порциями поступал в сварочную ванну.

Нержавеющая сталь неслучайно пользуется большой популярностью в самых различных сферах хозяйственной деятельности. Этот материал ценится в первую очередь тем, что не реагирует с влагой, а это исключает возникновение коррозии металла. Нельзя не отметить и превосходные эстетические свойства нержавейки, которые передаются и всем изделиям, изготовленным из этого популярного материала.

Но в процессе изготовления различных металлоконструкций из нержавеющей стали возникают трудности: металл обладает недостаточной свариваемостью, поэтому для создания надежных соединений специалисты должны применять электроды, подходящие именно для нержавейки.

Особенности нержавеющей стали

В отличие от ряда других популярных металлов, нержавейка обладает рядом особенностей, которые могут проявиться при соединении элементов из этого металла. Всё это нужно обязательно принимать во внимание, приступая к изготовлению различных конструкций и изделий из этого материала. По сравнению со многими другими видами сталей, нержавейка обладает меньшей теплопроводностью. Из-за этого приходится тратить больше времени на прогрев зоны сварки или использовать для работы ток большей величины.

Во время сварки элементов достаточно большой толщины из нержавейки зазор между ними должен быть немного больше, чем при соединении элементов из других видов стали. Это единственный способ, позволяющий свести к минимуму количество микротрещин, которые могут появиться после проведения сварочных работ.

Во время соединения элементов из нержавейки путем их сваривания сварочные стержни нагреваются до очень высоких температур. Происходит это из-за того, что металл обладает высоким сопротивлением к сварочным процессам. Для уменьшения подобного проявления специалисты рекомендуют применять для сварки специальные электроды, предназначенные для нержавеющей стали.

Особенности сварки нержавеющей стали

Сварка элементов из нержавейки требует знания ряда особенностей, касающихся правильного проведения этих работ:

• Соединение заготовок толщиной до 1,5 мм выполняется по технологии в защитных инертных газах, предусматривающей использование вольфрамовых неплавящихся электродов. В этом случае сварку можно выполнять вручную или же в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
• При работе с заготовками толщиной от 1,5 до 3 мм используется короткодуговая сварка.
• Для сваривания заготовок толщиной более 3 мм применяют метод электродуговой сварки, предусматривающий струйный перенос металла с электрода.

Пару слов хотелось бы сказать об аргонной сварке, которая имеет ряд важных нюансов. Во время сварки нужно следить за тем, чтобы вольфрам случайно не попал в сварочную ванну. Иначе это негативно повлияет на прочностные показатели сварочного шва. Этого можно избежать, если розжиг осуществлять бесконтактным способом, либо сперва зажечь дугу на графитовой или угольной пластине, а затем продолжить работу на подготовленных к соединению деталях из нержавеющей стали.

Марки и виды электродов

Электроды для нержавейки отличаются между собой различными характеристиками, в том числе и маркой. Чаще всего профессиональные сварщики для сварочных работ используют элементы следующих марок: ЦЛ-11, ОЗЛ-6 и НЖ-13.

Расходные элементы, выпускаемые под этой маркой, предназначены для сваривания элементов из нержавейки с высоким содержанием никеля и хрома. В качестве примера можно привести стали марки 08Х18Н12Т или 08Х18Н12Б. Именно наличие в составе нержавейки двух вышеназванных металлов и обеспечивает ей такое ценное качество, как высокая антикоррозионная стойкость. По этой причине при сварке заготовок из стали этой марки к созданию сварочного шва необходимо подходить с особым вниманием.

Сварка проводится вручную при температурном режиме от +450 градусов с использованием постоянного тока. Покрытие электрода содержит фтористые компоненты и карбонат. При помощи электродов можно сваривать заготовки в любом положении, за исключением вертикального.

Для сварочных швов, выполняемых при помощи электродов этой марки, характерен ряд достоинств:

• сварка заготовок не сопровождается образованием брызг металла от сварочного стержня;
• сварочный шов имеет аккуратный вид и лишён неровностей;
• шов надежно защищен от процессов кристаллизации коррозии;
• высокая ударная вязкость;
• пластичность;
• прочность шва.

Электроды для сварки нержавейки этой марки предназначены для сваривания изделий и конструкций из нержавейки, которым в процессе эксплуатации предстоит испытывать воздействие температур до +1000 градусов. По своим положительным свойствам эти электроды не отличаются от предыдущего вида. Для сварки используется только постоянный ток.

Выпускаемые под этой маркой электроды для нержавейки предназначены для сваривания заготовок из пищевой стали. За годы их использования неоднократно удалось убедиться, что этот расходный материал прекрасно подходит для соединения не только сплавов с содержанием хрома и никеля, но и тех, которые имеют в составе в качестве одной из составляющих молибден.

Другие марки

Помимо уже рассмотренных марок электродов для нержавейки, существует и ряд других, которые часто используются при сварочных работах:

• ЗИО-8. Предназначены для сваривания заготовок из жаростойких нержавеющих сталей. Имеют стандартную обмазку, сваривание можно выполнять при постоянном токе и обратной полярности. Допускается использовать любой из доступных способов соединения — вертикальный, верхний или нижний.
• ЭФ400/10У. Эти электроды применяют для соединения деталей из нержавейки аустенитного класса. Изделия из этого металла рассчитаны на эксплуатацию в условиях агрессивных сред жидкого типа при температуре до +350 градусов.
• НИИ-48Г. Электроды универсального назначения. Могут использоваться для соединения ответственных конструкций из специальных низколегированных сталей. В них используется обычная обмазка, сварка может проводиться постоянным током при обратной полярности. В процессе сварки электроду можно придавать любое положение.
• ОЛЗ-17У. Применяют для сваривания электродуговым методом заготовок из нержавейки, предназначенных для эксплуатации в средах, содержащих фосфорную или серную кислоту. Сварка может проводиться в любом положении за исключением вертикального. Соединение деталей выполняется при токе постоянной величины и обратной полярности. Во время сварки с использованием электродов этой марки необходимо особое внимание уделить чистоте сварных кромок. Следует быть очень аккуратным при соединении деталей большой толщины, в отношении которых необходимо выполнить двустороннюю разделку сварных кромок.
• ЭА. Эти электроды выпускаются производителями в большом количестве вариаций. Большинство из них предназначено для сваривания ответственных конструкций, выполненных из высокопрочных легированных сталей. После сваривания заготовок с помощью электродов этой марки проводить дополнительную обработку сварочного шва не требуется. Рекомендуемый способ соединения — короткодуговая сварка.

Довольно часто профессиональные сварщики для проведения сварочных работ применяют электроды для нержавейки, выпускаемые шведской компанией ESAB:

1. ОК 61.30. Материал универсального назначения с невысоким содержанием углерода. Допускается легкий поджиг, сварочный шов имеет ровную поверхность, трудностей при отделении шлака от металла не возникает. Все электроды имеют рудно-кислую обмазку. Сварку можно проводить током постоянной или переменной величины обязательно при прямой полярности. Во время работы электрод можно держать в любом положении, за исключением вертикального.
2. ОК 61.35. Предназначены для соединения ответственных конструкций, эксплуатация которых будет проходить в диапазоне температур от -196 до +400 градусов. Могут использоваться для соединения элементов трубопроводов разного назначения. Имеют стандартную обмазку, сварку разрешается проводить при токе постоянной величины и прямой полярности.
3. ОК 67.45. Предназначены не только для сваривания заготовок из нержавейки, но и в качестве расходного материала для наплавки металлов с ограниченной свариваемостью. Во время сварочных работ используются для создания первого слоя, после чего на него наплавляют металлы, обладающие повышенной износостойкостью. Созданный при помощи электродов этой марки шов хорошо противостоит воздействию силы трения и высоким температурам, прост в обработке.
4. ОК 63.30. Относятся к категории электродов универсального назначения. Можно применять для сваривания деталей из нержавейки любых марок.

Прежде чем использовать для сварки нержавейки любой из вышеописанных электродов, их нужно прокалить. Однако вначале следует выяснить допустимый температурный режим для электродов выбранной марки.

Полезные советы

Чтобы сварка деталей из нержавейки прошла без каких-либо трудностей, во время работы следует учитывать рекомендации от профессионалов:

• Если во время сварочных работ температура поднялась до отметки +500 градусов Цельсия и выше, то вполне возможно, что на месте будущего сварного шва появятся трещины кристаллизационного типа. Этого допускать нельзя, иначе соединение получится менее прочным и надежным.
• Во время сваривания деталей из нержавейки при температуре от +350 до +500 градусов Цельсия сплав становится менее пластичным, а это может сделать металл более хрупким.
• Для создания качественного сварного шва подготовленные к соединению детали из нержавейки обязательно нужно нагреть до температуры +1200 градусов, а затем охладить естественным путем. Остужать их нужно не менее 3 часов.
• Сварочный шов получается максимально прочным и надежным, когда сварка проходит за минимальный срок. Следует избегать длительного нагрева изделий из нержавейки. При использовании послойного способа сварки новый слой наносят, только когда предыдущий охладится до +100 градусов.
• Иногда перед нанесением основного слоя приходится прихватывать две заготовки. В этом случае нужно по возможности сделать так, чтобы зазор между ними был как можно меньше. Следует стремиться к тому, чтобы прихватки получились максимально длинными.

Стоимость электродов

Цена на электроды для нержавейки формируется под влиянием нескольких факторов, среди которых одним из основных является фирма-производитель. Среди предлагаемых разновидностей расходных материалов наиболее демократичные цены имеют электроды, предназначенные для соединения заготовок из стали с низким содержанием углерода.

Из продукции зарубежных производителей этому требованию отвечают электроды таких марок, как WT, ESAB, E3, W. L. На отечественном рынке также можно найти немало достойных продуктов, которые не только более доступные по цене, но и обладают всеми характеристиками зарубежных электродов — ЭВЧ, ЭВЛ, ЭВИ, ЭВТ.

Из нержавейки изготавливается множество различных изделий и конструкций, хотя этот процесс является довольно сложным. Во многом это связано с низкой свариваемостью этого металла. Чтобы этот нюанс как можно меньше проявил себя не только во время сварочных работ, но и в процессе эксплуатации изделий, необходимо использовать подходящие для этого металла электроды.

Каждый тип электродов, которые сегодня можно приобрести на рынке, предназначен для сварки определенного вида изделий, что обязательно нужно учитывать при выборе этого расходного материала. Профессиональным сварщикам хорошо известно, что означает маркировка электродов, а вот у любителей с этим могут возникнуть проблемы. Поэтому специалисты советуют очень внимательно изучить перед покупкой все характеристики электродов конкретной марки, чтобы впоследствии не пожалеть о низком качестве выполненных сварочных работ.

Аргонная сварка – это современная сварка с применением неплавящегося электрода из вольфрама, в среде инертного газа. Такая сварка ограждает металл от взаимодействия с кислородной средой, вызывающей его окисление и азотирование. В виде защиты чаще всего при работе применяется инертный газ аргон, но возможно использование азота, гелия и различных газовых смесей. В TIG сварке, Ar (аргон) имеет повсеместное применение, а вот He (гелий) используют в редких случаях, для решения определённых производственных задач.

У аргонодуговой сварки всего два международных названия. TIG – сварка неплавящимися специальными электродами из вольфрама в среде инертного газа. MIG/MAG – сварка самой электродной проволокой непосредственно в среде инертного аргона или даже
углекислого газа.

Маркировка вольфрамовых электродов

В аргонодуговой сварке используют вольфрамовые электроды. Использование вольфрама в этом случае оправдано, так как он тугоплавкий – способен выдерживать высокие температуры не плавясь.

В настоящий период времени наша промышленность выпускает электроды длиной 175 мм и такими диаметрами: 1 мм; 1,6 мм; 2 мм; 2,4 мм; 3,2 мм; 4 мм. Разница между размерами обусловлена необходимостью работы при определённых диапазонах сварочных токов:

• 1 мм – до 50 А;
• 1,6 мм – до 100 А;
• 2 / 2,4 мм – до 200 А;
• 3,2 мм – до 300 А;
• 4 мм – свыше 300 А.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки производятся из чистого вольфрама, а также тарированного и лантанированного, что способствуют повышению качества и стабильности сварочной дуги. Марка электродов квалифицируется от процентного содержания примесей и добавок. В настоящее время существует всего три категории вольфрамовых сварочных электродов:

• постоянного тока (WY, WT);
• переменного тока (WZ, WP);
• универсальные (WL, WC).

Расход количества электродов при использовании аргонной сварки зависит от типа самой сварки, диаметра применяемого прутка, вида тока и ещё ряда дополнительных показателей.