Механизированной дуговой сварки неплавящимся электродом

Разновидности и особенности сварки неплавящимся электродом в среде защитного инертного газа

При сваривании неплавящимся электродом дуга возникает между электродом, находящимся в горелке, из которой подается защитный газ, и изделием. Для образования шва при этом в сварочную ванну подается присадочный материал. Если сварка ручная, то присадка подается непосредственно сварщиком, если автоматическая, процесс происходит без его участия.

Данный способ сваривания используется для сваривания неферромагнитных материалов, среди которых: магний, алюминий, цирконий, никель, титан, бронза, медь, нержавеющая сталь и другие. Этот метод сварки позволяет сварщику тонко чувствовать глубину проплавления металлов, что способствует хорошему качеству шва. При ручной сварке специалист сам управляет горелкой и присадочным материалом, что избавляет изделие от непроваров и других дефектов сварочного шва.

Область применения метода

Этот метод применяется в основном для сваривания тонкостенных цветных металлов. Он используется в производстве велосипедов, изготовлении различных заготовок. С его помощью изготавливаются различные предметы интерьера из нержавеющей стали и других материалов. Последующая обработка шва делает его практически незаметным.

Неплавящиеся электроды и их типы

На сегодняшний день при изготовлении металлоконструкций с помощью описываемого способа используются такие виды электродов:

вольфрамовые. Наиболее распространенный вид, используемый при сварке неплавящимся электродом. Представляет собой стержень диаметром 1-4 мм. Вольфрам имеет очень высокую температуру плавления, что позволяет применять этот материал для изготовления электродов. Делятся на стандартные, иттрированные, лантанированные, торированные;
угольные. Часто применяются для сварки изделий из цветных металлов и сталей, имеющих малую толщину стенок и для воздушно-дуговой резки металлов. Используются как с присадкой, так и без, могут складываться по линии сварки или подаваться непосредственно в сварочную ванну. Сварочный процесс при использовании этих материалов проводится на токе величиной не больше 580 А;
графитовые. Особенно активно эти электроды применяются при работе с кабелями из меди. Отлично приспособлены к обработке, устойчивы к температурному воздействию и не подвержены быстрому износу. Благодаря всем этим качествам, весьма распространены на отечественном рынке.

Схема сварки неплавящимся электродом

Технология, особенности и оборудование необходимое для сварки

Способ сваривания неплавящимся электродом чаще всего применяют для соединения металлов с толщиной не более 5-6 мм, но это не значит, что его нельзя использовать для сваривания более толстостенных металлов. При сварке без применения присадки шов формируют, оплавляя кромки металла, при использовании присадки она подается в место формирования шва по тому же принципу, что и сварочная проволока при газосварке.

Оборудование, необходимое для сварки неплавящимся электродом, включает в себя:

источник сварочного тока, на котором расположен регулятор силы тока, и вольтметр с амперметром для контроля процесса регулирования;
TIG-горелку и рукав, которые подсоединяются к сварочному источнику. По рукаву на горелку подается защитный газ, в случае с использованием водяного охлаждения подается также охлаждающая жидкость;
газовый баллон с защитным газом, подсоединенный с помощью рукава к источнику сварочного тока и оборудованный регулятором расхода и расходомером газа;
обратный кабель для соединения изделия с источником сварочного тока.

При автоматической сварке используются автоматизированные системы для подачи изделий и управления инструментами для сварки.

Аргонная сварка неплавящимся электродом выполнятся переменным (TIG-AC) и постоянным (TIG-DC) токами. При сварке постоянным током может применяться обратная и прямая полярности. Если электрод подключен к плюсовому полюсу источника сварочного тока, то полярность является обратной, и в таком случае для сваривания применяются электроды большего диаметра, чем при прямой. Сваркой на переменном токе пользуются в основном для соединения беррилия, магния и алюминия, имея при этом не такую хорошую стабильность дуги, как на прямом токе, что, впрочем, исправляется наличием режима импульсной сварки на некоторых сварочных аппаратах.

В процессе сваривания длина дуги должна составлять 1,5-3 мм, её напряжение — 22-34 В. Размер вылета неплавящегося электрода не должен быть больше 3-5 мм, а в случае со стыковыми и угловыми швами — не более 5-7 мм.

Читать еще: Как сделать лестницу на чердак из дерева своими руками чертежи

В роли защитного газа чаще всего используются аргон или смесь аргона с гелием, они немного ухудшают стабильность сварочной дуги, но при этом усиливают её энергию, тем самым увеличивая скорость сварки. Для сваривания изделия толщиной до 10 мм применяют левый тип положения горелки для того, чтобы защитный газ имел прямой доступ к месту формирования шва. Для сварки более толстостенных материалов способ меняют на правый.

Недостатки и преимущества

Среди достоинств данного метода соединения следует указать:

высокую скорость сварки;
по окончании сварочных работ шов не требует дополнительной обработки;
простота освоения техники сваривания при этом методе;
прочность соединения, благодаря использованию аргона в качестве защитного газа;
металл не деформируется при сварке, так как прогревается на минимальной площади;
большое количество свариваемых металлов.

Из недостатков можно отметить:

неудобство сваривания деталей под острым углом из-за формы сварочной горелки;
затрудняется выполнение работы при сквозняках или на улице при ветреной погоде, так как нарушается правильная подача защитного газа в зону формирования шва;
металл перед процессом сварки требует тщательной подготовки.

Отличие сварки неплавящимся и плавящимся электродом

Даже при самом поверхностном ознакомлении с техникой сварки сразу замечаешь, что приспособлений и материалов, непосредственно участвующих в сварочном процессе, насчитывается большое количество.

Покрытые или неплавящиеся электроды для дуговой сварки относятся к категории таких изделий, востребованных при работе в защитной среде инертного газа при сваривании цветных металлов и их сплавов.

Особенности технологии

За счёт применения неплавящихся расходных материалов удаётся получить высококачественные сварные соединения, однако производительность операций с покрытыми электродами оставляет желать лучшего.

Они не в состоянии конкурировать с полуавтоматическими сварочными технологиями, при которых используются специальные плавящиеся электроды.

Таким образом, при изучении действующих методик обнаруживается, что используемый при дуговой сварке электрод может быть плавящимся и неплавящимся (покрытым). Рассмотрим каждую их этих разновидностей более основательно.

Достоинство технологии с неплавящимся электродом состоит в том, что можно сплавлять черный металл с заготовками, которые отличаются от него по структуре (включая изделия из высоколегированных и низкоуглеродистых сталей).

С учётом возможности работы с изделиями из цветных металлов этот метод успешно применяется также и при соединении разнородных по составу материалов.

Сварка с использованием неплавящихся электродов характеризуется двумя отличительными чертами. Одна из них заключается в использовании специальных веществ, покрывающих рабочие электроды (природного вольфрама, графита и другие).

Второй особенностью этой технологии является использование инертных газов, ограничивающих доступ кислорода к месту сварки и защищающих как сам электрод, так и сварочную ванну от окисления.

Разновидности и предназначение

При проведении сварки чаще всего применяются следующие виды неплавящегося электродного покрытия:

на основе угля;
чистое графитовое;
из вольфрама.

Независимо от покрытия электродов для ручной дуговой сварки все они относятся к одной категории, но при этом предназначаются для вполне конкретных целей.

Угольные

Так, угольные расходные материалы применяются при проведении воздушно-дуговой резки, а также востребованы при устранении дефектов, имеющихся на поверхности заготовок.

Сварка неплавящимися стержнями с угольным покрытием проводятся в режимах с токами не более 500-600 Ампер, которых хватает для соединения не очень массивных стальных конструкций, а также исправления поверхностных дефектов литых изделий.

При этом сваривание с их помощью может быть организовано как с присадочным материалом, подаваемым в зону формирования будущего шва, так и без него.

Графитовые

Чисто графитовые электроды чаще всего применяются при работе с цветными металлами (алюминием или медью), а также с их сплавами. Этот вид сварного материала в отличие от угольных образцов более экономичен и выгоден на практике.

К тому же такие неплавящиеся стержни обладают целым рядом достоинств, а именно: устойчивость к воздействию высоких температур, меньший износ и простая подготовка к работе (резке).

Особое распространение графитовые стержни получили при сварке проводов и других изделий из меди.

Читать еще: Как сделать стяжку на балконе с пеноплексом

Вольфрамовые

Вольфрамовые неплавящиеся электроды неплавящегося типа относятся к разряду самого востребованного на производстве и в бытовых условиях расходного материала.

С их помощью удаётся обрабатывать в защитной среде аргона или других газов разнообразные марки металлов, включая алюминий.

Они изготавливаются в форме длинного покрытого прутка с диаметром от 1-го до 4-х миллиметров и очень тугоплавки. Температура плавления такого электрода намного превышает тот же показатель для рабочей дуги, вследствие чего он обладает универсальными свойствами и может применяться даже для сварки сложной в обработке нержавейки.

Вольфрамовые неплавящиеся электроды могут делать с добавлением тория, оксида лантана (лантанированные) или иттрия. Каждая из марок предназначена для определенного вида сварки.

Плавящийся вид

Ручная дуговая сварка с применением плавящегося электрода относится к разряду универсальных подходов, поскольку может проводиться практически в любых условиях.

Этот способ организации сварочного процесса позволяет оператору комфортно работать даже в самых труднодоступных местах. Однако наряду с указанными достоинствами этот метод имеет ряд существенных недостатков, проявляющихся в следующем:

небольшая глубина проплавления обрабатываемого металла;
низкая производительность процесса сварки, что объясняется малыми уровнями рабочих токов;
нестабильность ручной сварки, заметно уступающей автоматизированным приёмам сплавления.

Сущность данного способа обработки металлов состоит в использовании энергии электрической дуги, искусственно создаваемой между свариваемой заготовкой и электродом.

Под действием высоких температур металл в зоне сварки интенсивно плавится и образует так называемую «сварочную ванну». На завершающей стадии работ на месте расплава (после его остывания) должен получиться аккуратный шов.

По внешнему виду плавящийся электрод – это типовой металлический стержень с нанесённым на его поверхность покрытием определенной структуры и толщины.

Основные параметры, определяющие размеры так называемых «обмазанных» электродов, их разбивку по типам и предъявляемые к ним требования регламентируются действующими стандартами (ГОСТ 9467-75, в частности).

Согласно этим данным самый распространённый диаметр электродных стержней – в пределах от 3-х до 6-ти миллиметров. Указанный показатель определяется как толщина стержня, без учёта имеющегося рабочего покрытия.

Со снижением этой величины, а также при увеличении общей длины электрода изменяется и его проводимость, что естественно приводит к сильному нагреванию в процессе сварки.

В случае чрезмерного нагрева стержень быстро плавится (говорят, что она начинает «течь»). Одновременно с этим сгорают и входящие в состав покрытия органические компоненты, теряя свои защитные свойства.

Чем лучше варить

Для правильного выбора нужного метода желательно оценить каждый из них с точки зрения потребности в данных конкретных условиях. Для этого надо сравнить возможности разных электродов и определимся с наиболее оптимальным вариантом.

Прежде всего, необходимость сварки неплавящимися (или покрытыми) стержнями возникает лишь в тех случаях, когда предстоит работать с разнородными по структуре материалами. При этом характер сварных процедур (их подготовка и само сплавление) заметно усложняется и требует значительных усилий со стороны сварщика.

Таким образом, выбор операций с неплавящимся электродом целесообразен лишь как крайний случай, когда без него невозможно решение поставленной перед сварщиком задачи.

Во всех же остальных ситуациях вполне можно обходиться достаточно простыми и дешёвыми плавящимися электродами. Тем более что данный метод с течением времени постоянно совершенствуется и позволяет получить достаточно качественный сварной шов.

Особенности сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа

Сварка (в частности, металлов) — это технологический процесс, в результате которого получают неразъёмное соединение за счет установления атомных связей между свариваемыми частями. Процесс производится при местном или общем нагреве, пластическом деформировании или при одновременном действии этих факторов. В результате взаимодействия детали и электрода между ними образуется электрическая дуга. За счет этого происходит плавление кромок заготовок.

Сварка неплавящимся электродом (также сварка в защитных газах неплавящимся электродом) — это разновидность сварки, в которой источником теплоты выступает дуговой разряд, возникающий между вольфрамовым или графитовым электродом и изделием. Этот тип является разновидностью методов дуговой сварки плавлением. Даная технология используется в основном для обработки алюминия, магния и их сплавов, а также прочих неферромагнитных металлов (например, нержавеющей стали, бронзы, меди, циркония, никеля).

Читать еще: Бетонные столбы для фундамента своими руками

Графитовые (угольные) электроды в настоящие время находят ограниченное применение. Используются обычно при изготовлении изделий, имеющих неответственное назначение. Наиболее часто в качестве неплавящего электрода используют стержни из вольфрама. Поскольку вольфрам при высоких температурах имеет весьма высокую химическую активность к кислороду, то процесс проводят в среде защитных газов: аргон, гелий и азот. Эти газы являются по отношению к вольфраму и вольфрамовым сплавам инертными.

Разновидности сварки

Выделяют 4 виды сварки неплавящимся электродом. Разделение происходит в зависимости от сложности работы и уровня механизации сварочного процесса.

Ручная;
Механизированная;
Автоматизированная;
Роботизированная.

Во время ручного вида рабочий ход горелки и смещение заготовки происходит ручным способом. При механизированном виде перемещение горелки происходит вручную, а подача присадочного материала — механически.

При автоматизированном варианте и перемещении сварочной горелки, и подача присадочного материала (проволока) полностью механизированы. Технологический процесс контролирует оператор.

В процессе роботизированного вида все технологические процессы автономны. Рабочие процессы происходят без вмешательства оператора, самостоятельно.

Описание процесса

Неплавящиеся электроды

Как уже упоминалось, используют неплавящиеся электроды двух видов: угольные (или графитовые) и вольфрамовые. Первые используются теперь редко и для неответственных конструкций. Вольфрамовые используются намного шире и чаще. Их толщина от 0,5 мм до 10 мм. Сам стержень может быть как из чистого вольфрама, так и иметь в составе различные примеси: лантан, торий, иттрий. Сплавы по сравнению с чистым материалом имеют лучшие показатели эрозивной стойкости, а также лучше держат токовую нагрузку. Диаметр стержня подбирают в зависимости от силы используемого тока и толщины заготовок, которые сваривают.

Параметры технологичного процесса

Наиболее часто при сварке неплавящимся электродом используют постоянный ток прямой полярности, так как в этом режиме происходит максимальная проплавка металла деталей, которые подлежат соединению. Это достигается за счет эффективного использование энергии: до 85% тепловой энергии идет на проплавку деталей, до 7% – на нагрев электрода, остальное — лучевые потери.

При работе с алюминиевыми заготовками пользуются постоянным током обратной полярности. В этом случае потери тепла могут составить до 50% и при сварке стали такой режим нецелесообразен.

При использовании переменного тока оборудование дополнительно укомплектовывается стабилизатором (необходим для стабилизации электрической дуги) и компенсатором тока.

Сварочное оборудование

Для ручного вида сварочное оборудование включает в себя такие компоненты:

Генератор постоянного/переменного тока;
Набор горелок для разных токов;
Прибор первичного возбуждения дуги (и ее стабилизации);
Газовое оборудование;
Средства управления сваркой и газовой блокадой.

Автоматическое оборудование также включает в свой состав генератор тока и сварочный агрегат, который характеризуется такими параметрами: значения сварного тока, напряжение, скорость сварки, диаметр неплавящегося электродного прута, диаметр присадочной проволоки, скорость подачи присадки, расход тяжелого газа.

Преимущества и недостатки

Данный технологический процесс получил наибольшее распространение при работе с цветными металлами и легированными сталями. Он обладает рядом как преимуществ, так и недостатков. К основным преимуществам следует отнести:

Возможности минимального деформирования в свариваемых металлах из-за маленькой зоны прогрева;
Высокое качество соединения за счет использования защитных газов, которые вытесняют кислород;
Относительно большая скорость выполнения работ;
Минимальные трудозатраты на последующую обработку шва;
Относительно широкий спектр свариваемых материалов.

Основные недостатки таковы:

При работе на улице создается возможность выдува защитного газа из зоны сварки. Для борьбы с этим явлением используют заграждения или увеличивают подачу газа, что приводит к увеличению его расхода;
Относительно качественная подготовка металлов перед сваркой;
Неудобство при работе под острым углом из-за особенностей конструкции горелки;
Необходимость зачистки места розжига вне зоны сварки.