Вольфрамовый электрод

 

Изобретение относится к дуговой сварке вольфрамовым металлокерамическим электродом в среде защитных газов. Вольфрамовый электрод состоит из цилиндрического корпуса 1 и конусной части 2. Вершина конусной части 2 выполнена с полусферическим скруглением 3. Электрод содержит легирующие элементы, распределенные в его объеме переменно с увеличением их концентрации по направлению к осевой части электрода. Такое выполнение вольфрамового электрода позволяет значительно сократить расход вольфрамового электрода с легирующими элементами, повысить стабильность сварочной дуги и добиться более равномерного характера эрозии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к дуговой сварке вольфрамовым электродом в среде защитных газов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно при сварке титановых, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.

Известен полый электрод (катод) для сварки в вакууме (журнал "Сварочное производство", N 8, 1977, с. 35-36), в котором для повышения эрозионной стойкости на его внутреннюю поверхность нанесен тонкий слой эмиссионного вещества, снижающего работу выхода электронов и уменьшающего температуру рабочей поверхности электрода.

Недостатком известного электрода является его малая эффективность при использовании электродов с конусной поверхностью рабочего торца, так как наносить покрытие можно будет только после формирования конусной поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является неплавящийся электрод для дуговой сварки в среде защитных газов, выполненный в виде цилиндрического стержня, рабочий торец которого заточен на конус со скругленной вершиной (авт. св. СССР N 766795, B 23 K 35/02, 1980 г.). Подобные электроды обычно изготавливаются из вольфрамовых прутков с легирующими элементами, содержание которых регламентируется ГОСТом 23949-80 "Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся".

Недостатком этих электродов является ограничение их эрозионной стойкости, обусловленное верхним пределом содержания легирующих элементов. Так, в электродах марки ЭВЛ содержится 1,1- 1,4 мас.% La₂О₃. Для повышения существующей эрозионной стойкости электродам марки ЭВЛ необходимо повышать содержание La₂O₃ в вольфраме, но это невозможно, так как не предусмотрено действующим ГОСТом 23949-80. Кроме того, выполнение конуса со скругленной вершиной, составляющей 0,2 - 0,4 диаметра электрода, свяязано с непроизводительным расходом вольфрама от 84 до 96%: вместе с вольфрамом уходят в стружку и легирующие элементы.

Изобретение направлено на снижение расхода электродного материала и повышение эрозионной стойкости вольфрамового электрода с конусной поверхностью при сохранении его формы и суммарного содержания легирующих элементов в объеме электрода.

В предлагаемом вольфрамовом электроде для дуговой сварки, состоящем из цилиндрического корпуса и конусной части, в отличие от прототипа, вершина конусной части выполнена с полусферическим округлением. Электрод содержит легирующие элементы, которые распределены в объеме электрода переменно - с увеличением концентрации по направлению к осевой части электрода. Такое распределение легирующих элементов и выполнение конусной части электрода со сферическим скруглением повышает эрозионную стойкость электрода, т.к. повышается концентрация легирующих элементов в осевой части электрода, а распределение легирующих элементов и сварочного тока на поверхности сферического скругления будет осуществляться по сходным законам - с максимальным значением в осевой части электрода. По этой же причине сварочная дуга станет более стабильной. При использовании изобретения также сокращается расход легирующих элементов, т.к. они сконцентрированы преимущественно в осевой части электрода.

Технический эффект от использования изобретения повышается при увеличении концентрации легирующих элементов от нуля на поверхности электрода до максимального значения на его оси.

На фиг. 1 представлена схема вольфрамового электрода; на фиг. 2 - график гипотетического распределения легирующего элемента для электродов марки ЭВИ-1, при условии, что все легирующие элементы сосредоточены только в осевой части, ограниченной диаметром полусферического скругления; на фиг. 3 - график гипотетического распределения концентрации легирующего элемента, когда его концентрация возрастает от 0 на поверхности электрода до максимального значения на его оси.

Вольфрамовый электрод для дуговой сварки состоит из цилиндрического корпуса 1, конусной части 2, вершина которой выполнена с полусферическим скруглением 3. Внутри электрода выделена осевая область 4.

Цилиндрический корпус 1 вольфрамового электрода крепится к горелке (не показана). Конусная часть 2 электрода обеспечивает отекание сварочного тока и заданную концентрацию энергии дуги. Полусферическое cкругление 3 формирует рабочую поверхность, на которой располагается катодное пятно. Распределение легирующих элементов по всему объему электрода с увеличением их концентрации по направлению к осевой части электрода значительно снижает расход легирующих элементов по сравнению с прототипом, где легирующие элементы распределены равномерно по всему объему электрода. Это объясняется тем, что при формировании поверхности конусной части 2 электрода большая часть материала уходит в стружку, причем вместе с вольфрамом непроизводительно расходуются и легирующие элементы. Если же все легирующие элементы, содержащиеся в объеме вольфрамового электрода сосредоточить только в осевой области 4, диаметр которой равен диаметру полусферического округления 3, то содержание легирующих элементов в области 4 возрастет в несколько раз, что благотворно скажется на эрозионной стойкости электрода. Так, при диаметре полусферического скругления 3, составляющем 0,2 - 0,4 диаметра электрода, общее содержание легирующих элементов в области 4 может увеличиться в 2,5-6,3 раза по сравнению с содержанием количества легирующих элементов в этой области при распределении их по всему объему электрода. Переменное легирование можно осуществлять, например, при помощи центробежных сил в той фазе технологического процесса изготовления электродов, когда происходит смешивание порошков вольфрама и оксида легирующего элемента. Из-за большой разницы в удельных весах смешиваемых элементов центробежные силы будут отбрасывать частицы чистого вольфрама к периферии прутка, и более легкие частицы оксида легирующего элемента будут скапливаться в центральной части.

Использование изобретения позволяет значительно повысить стойкость 1 вольфрамовых электродов и уменьшить расход материалов.

Формула изобретения

1. Вольфрамовый электрод для дуговой сварки, состоящий из цилиндрического корпуса и конусной части, отличающийся тем, что вершина конусной части выполнена с полусферическим скруглением, а электрод содержит легирующие элементы, распределенные в его объеме переменно с увеличением их концентрации по направлению к осевой части электрода.

2. Вольфрамовый электрод по п.1, отличающийся тем, что концентрация легирующих элементов увеличивается от нуля до поверхности электрода до максимального значения на его оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3