1. Popis materiálu
Netavící se wolframové elektrody jsou klíčovým prvkem pro obloukové svařování v inertní atmosféře (TIG/GTAW) a pro plazmové řezání/svařování. Základem elektrody je vysoce čistý wolfram (bod tání 3422 °C), který odolává extrémnímu žáru elektrického oblouku. Pro zlepšení zapalovacích vlastností, stability oblouku, zvýšení proudové zatížitelnosti a prodloužení životnosti se čistý wolfram dotuje (leguje) oxidy vzácných kovů a zemin (thorium, cer, lanthan, zirkon, yttrium). Tyto přísady snižují výstupní práci elektronů, což umožňuje emisi elektronů při nižších teplotách elektrody.
2. Přehled druhů, barevného značení a složení
Identifikace elektrod podle mezinárodních standardů EN ISO 6848 a AWS A5.12:
| Označení (ISO) | Označení (AWS) | Legující prvek (oxid) | Množství oxidu | Barevný kód (ISO) |
|---|---|---|---|---|
| WP | EWP | Žádný (čistý wolfram) | W ≥ 99,95 % | zelená |
| WC20 | EWCe-2 | Oxid ceričitý (CeO2) | 1,80 - 2,20 % | šedá |
| WL15 | EWLa-1.5 | Oxid lanthanitý (La2O3) | 1,30 - 1,70 % | zlatá |
| WL20 | EWLa-2 | Oxid lanthanitý (La2O3) | 1,80 - 2,20 % | modrá |
| WT20 | EWTh-2 | Oxid thoričitý (ThO2) | 1,70 - 2,20 % | červená |
| WZ8 | EWZr-8 | Oxid zirkoničitý (ZrO2) | 0,70 - 0,90 % | bílá |
| WS2 / E3 | EWG | Směs vzácných zemin (La, Ce, Y) | 1,50 - 2,00 % | tyrkysová / fialová |
3. Podrobná charakteristika a použití jednotlivých druhů
WP - čistý wolfram (zelená)
- Vlastnosti: Čistý wolfram bez legur. Poskytuje vynikající stabilitu oblouku při svařování střídavým proudem (AC) díky přirozenému vytvoření hladkého kulového zakončení (kaloty) na špičce. Má slabé zapalovací vlastnosti a nízkou proudovou zatížitelnost za tepla.
- Hlavní použití: Svařování hliníku a jeho slitin střídavým proudem (AC). Nevhodné pro stejnosměrný proud (DC) - špička se rychle degraduje.
WC20 - cerovaná (šedá)
- Vlastnosti: Univerzální, nepreparovaná elektroda s přídavkem ceru. Vyznačuje se excelentním zapalováním oblouku (i za studena) a stabilním obloukem při nízkých proudech. Cer snižuje provozní teplotu, což prodlužuje životnost. Ekologická náhrada thoriových elektrod.
- Hlavní použití: Svařování nelegovaných i legovaných ocelí, nerezu, mědi, titanu a niklu stejnosměrným proudem (DC) při nízkých až středních proudech. Lze použít i pro orbitální svařování a jemné plechy.
WL15 / WL20 - lanthanovaná (zlatá / modrá)
- Vlastnosti: Špičkové univerzální elektrody s přídavkem lanthanu. Nabízejí extrémně snadné zapálení oblouku, velmi nízký opal špičky a perfektní stabilitu v širokém proudovém rozsahu. Výborně drží geometrii nabroušené špičky. Jsou plně netoxické a vykazují nejlepší životnost při vysokém proudovém zatížení.
- Hlavní použití: Vysoce univerzální pro DC i AC svařování všech typů ocelí, hliníku, nerezu, titanu i mědi. Jsou standardem pro automatizované a robotické TIG svařování.
WT20 - thoriovaná (červená)
- Vlastnosti: Historicky nejrozšířenější elektroda s přídavkem thoria. Má extrémně vysokou proudovou zatížitelnost, skvělé zapalování a perfektní stabilitu oblouku na stejnosměrném proudu (DC). Thorium je však slabě radioaktivní alfa zářič - při broušení vzniká prach, který představuje zdravotní riziko při vdechnutí. V mnoha zemích je její prodej omezen nebo zakázán a je plně nahrazována řadou WL a WS.
- Hlavní použití: Svařování vysoce legovaných nerezí, uhlíkových ocelí, titanu a niklu na stejnosměrný proud (DC).
WZ8 - zirkoniovaná (bílá)
- Vlastnosti: Přídavek zirkonu minimalizuje riziko kontaminace svarové lázně wolframem. Elektroda perfektně drží kulový tvar špičky při AC svařování a je odolnější proti znečištění lázní než čistý wolfram (WP).
- Hlavní použití: Špičkové AC svařování hliníku a hořčíkových slitin s vysokými nároky na rentgenovou čistotu svaru.
WS2 / E3 - směsné vzácné zeminy (tyrkysová / fialová)
- Vlastnosti: Moderní netoxické kompozitní elektrody legované směsí oxidů (např. La2O3, ZrO2, Y2O3). Nabízejí nejnižší pracovní teplotu ze všech typů, stabilní oblouky, minimální deformaci špičky při vysokých zatíženích a dlouhé servisní intervaly bez nutnosti přebrušování.
- Hlavní použití: Zcela univerzální pro AC i DC režimy na všechny materiály. Ideální pro vysokovýkonové zatížení.
4. Výrobní rozměry a tolerance
- Standardní průměry (mm): 1,0 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 4,8 | 6,4 mm (tolerance průměru dle ISO 6848 činí ±0,05 mm).
- Standardní délky (mm): 50 | 75 | 150 | 175 mm (nejběžnější standard je 175 mm, tolerance délky je ±1,0 mm).
- Stav povrchu: Elektrody se dodávají s bezhrotově broušeným povrchem (ground), který zajišťuje maximální přenos proudu v kleštině hořáku.
5. Fyzikální vlastnosti základní matice
| Vlastnost | Hodnota |
|---|---|
| Hustota čistého wolframu | 19,25 g/cm3 (legováním klesá na cca 18,8 - 19,0 g/cm3) |
| Teplota tavení | 3422 °C |
| Teplota varu | 5555 °C |
| Měrná tepelná vodivost (20 °C) | 173 W/m·K |
| Koeficient tepelné roztažnosti | 4,5 × 10-6/K |
| Výstupní práce elektronů (Φ) | Čistý W: ~4,5 eV | thoriovaný W: ~2,6 eV | lanthanovaný W: ~2,7 eV |
6. Příprava geometrie špičky (broušení elektrody)
Geometrie špičky určuje hloubku průvaru, šířku svaru a stabilitu oblouku. Špatně připravená špička vede k nestabilitě oblouku a bloudění proudu.
Zásady broušení TIG elektrod:
- Směr broušení: elektroda se musí brousit vždy podélně (axiálně), tzn. rýhy po broušení musí směřovat rovnoběžně s osou elektrody. Příčné broušení způsobuje bloudění oblouku a hrozí odlamování špičky do svaru.
- Úhel špičky (α): pro stejnosměrný proud (DC) se špička brousí do kužele pod úhlem 30° až 60°. Ostřejší úhel (30°) dává širší oblouky a menší průvar (vhodné pro tenké plechy). Tupější úhel (60°) soustředí oblouk do úzkého bodu a zvyšuje průvar (vhodné pro tlusté materiály).
- Ztupení špičky: po nabroušení kužele se doporučuje samotný hrot mírně ztupit (vytvořit plošku o průměru cca 10 % z průměru elektrody), což brání odtavení špičky při zapálení.
Doporučené řezné podmínky pro broušení
- Nástroj: Používejte výhradně diamantové kotouče určené pouze pro wolfram (zamezení kontaminace). Pro thoriované elektrody (WT20) je nutné použít brusky s integrovaným odsáváním prachu a filtrací třídy H (HEPA).
- Chlazení: Broušení probíhá za sucha, ale při nízkém přítlaku, aby nedošlo k lokálnímu přehřátí a vzniku tepelných trhlinek, které vedou k rozštěpení špičky při svařování.
7. Proudová zatížitelnost elektrod (doporučené hodnoty)
Orientační tabulka zatížení pro nejobvyklejší legované elektrody (WC, WL, WS) v závislosti na průměru:
| Průměr elektrody | Stejnosměrný proud (DC-), záporná polarita na elektrodě | Střídavý proud (AC), vyvážený režim (např. hliník) |
|---|---|---|
| 1,0 mm | 15 - 80 A | 10 - 60 A |
| 1,6 mm | 70 - 150 A | 50 - 100 A |
| 2,0 mm | 100 - 200 A | 70 - 140 A |
| 2,4 mm | 150 - 250 A | 90 - 180 A |
| 3,2 mm | 240 - 400 A | 140 - 260 A |
| 4,0 mm | 350 - 550 A | 200 - 330 A |
8. Skladování, manipulace a bezpečnost
- Ochrana před vlhkostí: Elektrody skladujte v originálních plastových krabičkách v suchém prostředí. Vlhkost může způsobit oxidaci povrchu, což zhoršuje přenos proudu v kleštině a stabilitu oblouku.
- Kontaminace: Zabraňte kontaktu špičky elektrody se svarovou lázní nebo přídavným materiálem. Pokud dojde k tzv. „namočení“ elektrody, svařování ihned přerušte, znečištěný konec odřízněte abrazivním kotoučem (nikdy neulamujte kleštěmi, hrozí podélné rozštěpení tyčky) a znovu podélně nabruste.
Bezpečnost při práci s WT20 (thoriované): Thorium je slabě radioaktivní. Při manipulaci dodržujte přísnou hygienu. Odpad z broušení (prach) ukládejte do uzavřených nádob a likvidujte v souladu s předpisy o nebezpečném odpadu. Pro plnou eliminaci rizik se doporučuje plošný přechod na lanthanované (WL) nebo směsné (WS) typy.