Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки: маркировка, выбор, ток и заточка

Что такое вольфрамовый электрод

Вольфрамовый электрод — неплавящийся электрод для аргонодуговой сварки (TIG, по ГОСТ — РАД). Через него проходит сварочный ток, и от него горит дуга. В сварочную ванну он не переходит. Металл шва образуется из основного металла и присадочного прутка, а защитный газ, обычно аргон, изолирует ванну от воздуха.

Оксидные добавки (лантана, церия, циркония, иттрия, тория) снижают работу выхода электронов. Благодаря им дуга легче зажигается, устойчивее горит, а электрод медленнее изнашивается. Тип добавки показывает цветовая маркировка на торце.

Маркировка по ISO 6848: цвет и состав

По ISO 6848 цвет торца однозначно определяет тип и содержание оксида. В ISO 6848:2015 обозначения записываются как WLa 20, WCe 20, WZr 8, WTh 20. В каталогах чаще встречается прежняя запись: WL20, WC20, WZ8, WT20.

Фирменные многокомпонентные электроды. E3, WS2, WR2 и подобные содержат смесь оксидов редкоземельных металлов. Это не классы ISO 6848: состав и цвет задаёт производитель, а в AWS A5.12 такие электроды обычно относят к классу EWG — с добавкой, состав которой стандарт не нормирует. WR2 и WS2 у европейских производителей обычно бирюзовые, E3 — фиолетовый. Фиолетовый E3 легко спутать с торированным WT30, поэтому тип такого электрода проверяют по упаковке, а не по цвету.

Бирюзовый электрод WS2 WITSTAR

WS2 WITSTAR выпускает немецкая компания Wolfram Industrie. Добавка — около 2 % смеси оксидов редкоземельных металлов, тория в составе нет, электрод не радиоактивен. Производитель рекомендует его как универсальный: постоянный ток прямой полярности (DC-) — для углеродистых и легированных сталей, меди, никелевых сплавов и титана; переменный ток (AC) — для алюминия и магния. Обратная полярность (DC+) допускается только для тонкостенного алюминия и магния, и допустимый ток на ней примерно в десять раз ниже.

Производитель заявляет надёжный поджиг, малый обгар конуса и увеличенный срок службы, а также снижение расхода газа и электроэнергии при работе с подобранным оборудованием. Это данные производителя, независимых сравнительных испытаний нет, поэтому эффект проверяют на своей задаче.

Бирюзовым цветом маркируют и другие фирменные электроды, например WR2. При замене одного на другой сверяют марку на упаковке, а режим берут из таблиц производителя — они приведены ниже в разделах о токе и заточке.

Маркировка по ГОСТ 23949-80 и соответствие ISO 6848 и AWS A5.12

ГОСТ 23949-80 использует свою цветовую маркировку. Часть цветов совпадает с ISO 6848, но означает другой состав. Электрод с зелёным торцом по ГОСТ иттрированный (ЭВИ-3), а не из чистого вольфрама. Синий по ГОСТ — ЭВИ-1, а не лантанированный WL20.

Как не ошибиться

• Зелёный торец без упаковки ничего не говорит о составе. По ISO это чистый вольфрам для переменного тока, по ГОСТ — иттрированный электрод для постоянного.
• Фиолетовый встречается у трёх разных электродов: ЭВИ-2 по ГОСТ, WT30 по ISO и фирменный E3.
• По ГОСТ иттрированные и торированные электроды выпускаются диаметром от 2,0 мм. Ряд диаметров у ГОСТ свой: 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 мм, а в ISO — 2,4 и 3,2 мм. Электроды 2,5 и 3,0 мм требуют цанг соответствующего размера.

Выбор электрода по основному металлу и роду тока

Для сталей, никелевых сплавов, титана и меди применяют постоянный ток прямой полярности (DC-) и лантанированные или церированные электроды. Для алюминия и магния применяют переменный ток (AC), а тип электрода зависит от источника питания.

Алюминий: трансформатор или инвертор

Выбор электрода для алюминия зависит от формы переменного тока. Для синусоидального тока трансформаторного источника подходят WZ8 и WP со сферическим концом. Для прямоугольного тока инвертора подходят WL, WC или многокомпонентные электроды с конусом и притуплением.

• Трансформаторный источник. Конец WZ8 или WP оплавляется в полусферу, и она устойчиво держится на синусоидальном токе. WZ8 предпочтительнее: он меньше загрязняет ванну и держит больший ток, чем WP.
• Инверторный источник. WP с прямоугольной формой тока работает плохо: дуга неустойчива, конец разрушается. Применяют WL15, WL20, WC20 или многокомпонентные электроды. Их затачивают на конус с притуплением, ориентир — угол около 60°. При работе на конце образуется небольшая сфера, её не формируют заранее.
• Баланс полярности на инверторе влияет на нагрев электрода. Чем больше доля положительной полуволны, тем сильнее он нагревается. При перегреве конца уменьшают долю положительной полуволны или берут электрод большего диаметра.

Диаметр электрода и сварочный ток

Диаметр подбирают по току: тонкий электрод перегревается и теряет конус, слишком толстый плохо зажигается и даёт блуждающую дугу. На переменном токе допустимая нагрузка заметно ниже, чем на DC-.

Ориентировочные диапазоны для активированных электродов (WL, WC) в аргоне. Для AC пределы зависят от типа электрода и настройки баланса, для WP и WZ8 они ниже.

У разных производителей таблицы расходятся на десятки ампер. Это ориентир, а не норма. Если ток в WPS близок к верхнему пределу, берут электрод на ступень толще.

Для WS2 производитель даёт собственные диапазоны тока. Нижние границы у него заметно выше общих ориентиров: это рабочий диапазон для конуса, заточенного под такой ток, а не минимальный ток, при котором электрод вообще горит. Для меньших токов WS2 затачивают острее — см. таблицу в разделе о заточке.

WS2 WITSTAR: ток по диаметру, данные производителя

Заточка: угол, притупление, длина конуса

Для DC- электрод затачивают вдоль оси на конус с небольшим притуплением, на алмазном круге, который используется только для вольфрама. Острый конус с малым углом облегчает поджиг на малых токах. Тупой конус с притуплением держит больший ток, даёт более узкую дугу и более глубокое проплавление.

Продольные риски направляют дугу по оси электрода. Поперечные риски заставляют её блуждать, ускоряют износ и повышают риск включений.

Ориентиры для сварки на постоянном токе без импульса.

Производитель WS2 приводит диапазоны тока в зависимости от угла заточки на постоянном токе прямой полярности. Чем острее конус, тем ниже рабочий ток: острый конус нужен на малых токах и для точного направления дуги, тупой — на больших токах, чтобы вершина не оплавлялась.

WS2 WITSTAR: ток DC- в зависимости от угла заточки, данные производителя

Длина конуса определяется углом и притуплением: L = (d − f) / (2·tg(α/2)), где d — диаметр, f — притупление, α — угол при вершине. Например, для электрода 2,4 мм с притуплением 0,8 мм и углом 35° длина конуса около 2,5 мм. Чтобы шов повторялся, геометрию заточки фиксируют в WPS и выдерживают на станке, а не «на глаз».

Чем заменить WT20

Красный торированный WT20 на постоянном токе заменяют лантанированным WL20 или WL15. Для малых и средних токов подходит церированный WC20, для всех токов — многокомпонентные электроды. Они не радиоактивны, поджигают дугу не хуже WT20 и при правильной заточке служат дольше.

• WL20 — основная замена по всему диапазону тока на DC-. Хорошо переносит импульсный режим и частые повторные зажигания.
• WC20 — замена при сварке тонкого металла и на малых токах. При длительной работе на больших токах изнашивается быстрее WL20.
• Многокомпонентные (E3, WS2, WR2 и аналоги) — универсальная замена для DC- и AC, в том числе при механизированной сварке.
• После замены проверяют режим: на малых токах лантанированные электроды могут работать при несколько меньшем токе, чем торированные. Если тип электрода записан в WPS, замену оформляют изменением WPS.

Без тория обходятся и фирменные многокомпонентные электроды, например бирюзовый WS2: производитель позиционирует его как замену WT20. Режимы для таких электродов берут из таблиц производителя, а не из общих ориентиров.

Безопасность торированных электродов

Торированные электроды WT10, WT20, WT30, WT40 и ЭВТ-15 радиоактивны. Торий — источник альфа-излучения. Снаружи альфа-частицы не проникают через кожу и опасности не представляют. Опасность возникает, когда пыль с оксидом тория попадает в лёгкие или пищеварительный тракт. Основной источник такой пыли — заточка.

Хранение: в закрытом металлическом ящике с маркировкой. В закрытой упаковке электроды опасности не создают.

Заточка:

• отдельный станок только для торированных электродов, с местной вытяжкой;
• сбор пыли в герметичный мешок или контейнер, утилизация отдельно от бытового мусора;
• защита органов дыхания (противоаэрозольный респиратор) и защитные очки;
• влажная уборка или пылесос с фильтром в зоне заточки каждую смену;
• мытьё рук перед едой и перерывами.

Сварка: выделение тория при горении дуги очень мало. Достаточно обычной вытяжки сварочного аэрозоля.

Ряд производителей сварочного оборудования рекомендует отказаться от торированных электродов. Нерадиоактивные WL20, WC20 и многокомпонентные электроды закрывают те же задачи без этих ограничений.

Типичные ошибки

• Тип электрода определяют по цвету, не сверив стандарт на упаковке. Зелёный ЭВИ-3 принимают за WP, фиолетовый E3 — за WT30.
• WP используют на постоянном токе или с инвертором при прямоугольной форме тока.
• Электрод затачивают поперёк оси или на общем круге, на котором обрабатывали углеродистую сталь.
• После касания ванны сварку продолжают без отрезки и переточки загрязнённого конца.
• Торированные электроды затачивают без вытяжки и без защиты органов дыхания.
• Диаметр не соответствует току: тонкий электрод на большом токе теряет конус, толстый на малом токе даёт блуждающую дугу.