Proč a jak brousit wolframovou elektrodu

Metodou TIG lze vykouzlit skvěle vypadající svary. Na vzhled a kvalitu výsledku svařování má vliv nejen výběr správné wolframové elektrody, ale také to, jak je elektroda nabroušena. V tomto článku bychom vám rádi popsali, proč a jak brousit wolframovou elektrodu, aby byl výsledek svařování vždy co nejlepší.

Nestabilní oblouk, špatné zapalování... Zní vám to povědomě?

Vše jste pečlivě nastavili, naposledy jste zkontrolovali zapojení a nastavení svářečky a zahájili jste svařovací proces. Zdá se, že všechny požadavky pro dobře probíhající svařování byly splněny, ale oblouk se špatně zapaluje nebo je nestabilní. Čím to může být? Není snad nastaven špatný průtok plynu? Pokud i to můžete vyloučit, bude nejlepší podívat se blíže na vaši wolframovou elektrodu. Pokud je tupá, opotřebovaná, nebo dokonce vypadá porézně, je třeba ji nabrousit. A pokud jste elektrodu právě nabrousili, ale problém se špatně se zapalujícím nebo nestabilním obloukem přetrvává, může být příčinou právě nesprávně nabroušená wolframová elektroda…

Proč je třeba brousit wolframové elektrody?

Wolframová elektroda je takzvaná netavící se elektroda. I přesto ale v průběhu používání mění své vlastnosti, které jsou ovlivněny prvky přidanými do základního materiálu elektrody – wolframu. Tyto chemické prvky (oxidy) se označují jako dopující prvky nebo také legury. Kromě těchto vlastností ale mění elektroda v průběhu svařování i svůj tvar. A to v místě, které je nejvíce tepelně namáhané - na hrotu elektrody. Pravidelné broušení wolframové elektrody je proto nezbytné pro dosažení co nejlepších výsledků při svařování.

Malé odbočení – dopující prvky a jejich úkol

Wolframová elektroda může v průběhu svařování dosáhnout teploty až 3000 °C. A na hrotu elektrody dokonce ještě více. Vysoké teploty sice znamenají dobré vyzařování elektrod, ale protože jsou vyšší než teplota tání wolframu, způsobují tak jeho odtavování. Proto se do wolframových elektrod přidávají tzv. dopující prvky, které snižují teplotu potřebnou k emisi z elektrody a tím snižují i její opotřebení. Nejběžnějšími dopujícími prvky jsou oxidy thoria, lanthanu, ceru a zirkonu. Přítomnost dopujících prvků zajišťuje více energie v oblouku, efektivnější průběh a často i vyšší rychlost svařování. Více informací o jednotlivých typech wolframových elektrod a jejich použití naleznete v samostatném článku DRUHY A POUŽITÍ WOLFRAMOVÝCH ELEKTROD.

Čím častěji se wolframová elektroda používá, tím více dopujících prvků se z jejího povrchu uvolňuje. To poznáte například podle toho, že elektroda hůře zapaluje nebo se oblouk stává nestabilním. Úbytek oxidů poznáte i podle toho, že se hrot elektrody stává porézním (s otevřenými póry), což názorně ukazuje následující obrázek.

Na tomto obrázku je znázorněno silné „vyčerpání“ oxidu lanthanu na špičce použité wolframové elektrody (WLa20)

Pokud tedy chcete, aby vám wolframová elektroda dlouho vydržela, musíte vědět, že se dopující prvek z hrotu elektrody pomalu odpařuje. S postupným odpařováním dopujícího prvku se i dopování z jádra elektrody až k jejímu hrotu šíří pomaleji. Ideální je tedy wolframová elektroda, jejíž přidané oxidy se udrží co nejdéle. Například wolframová elektroda E3 od společnosti ABICOR BINZEL s přídavkem vzácných zemin je výrazně stabilnější než elektroda s oxidem ceru, který se vypařuje poměrně rychle. Díky tomu má wolframová elektroda E3 delší životnost a nevyžaduje tak časté broušení.

Jevem, který lze pozorovat na wolframových elektrodách, je tzv. tvorba korunky. Možná jste si všimli, kolik malých hrbolků se vytvořilo kolem nabroušeného hrotu elektrody. Dalo by se předpokládat, že to má něco společného s vlastnostmi wolframu, ale není to tak. Jde o důsledky oxidace kyslíkem (sublimace) - tj. fázového přechodu z pevného do plynného stavu – a následné disociace (rozdělení chemické sloučeniny na dvě nebo více molekul) vzniklých oxidů. Broušením wolframových elektrod lze ale tzv. korunku bez problémů odstranit.

Při broušení wolframové elektrody je však třeba dodržet několik důležitých rad. Připravili jsme pro vás jejich shrnutí.

Pět rad, jak správně brousit wolframové elektrody

1. Pozor na zlomený nebo uštípnutý hrot elektrody

Pokud se podíváte na značně zvětšený hrot wolframové elektrody, můžete v materiálu jasně vidět zrnitost, která se vyznačuje světlými a tmavými oblastmi. Každá hranice od jedné oblasti ke druhé představuje tzv. hranici zrn. Wolframové elektrody mají své slabé místo při mechanickém namáhání právě podél hranice zrn. To znamená, že uštípnutá nebo silně opotřebovaná elektroda je na hranicích zrn oslabená. Pokud se začne brousit, dochází k něčemu podobnému jako při ořezávání tužek tupým ořezávátkem: finální povrch není zcela čistý a hladký.

Teplo vznikající při svařování pak způsobuje vznik trhlin na hrotu. Při broušení wolframové elektrody je proto třeba postupovat velmi opatrně, aby nedošlo k poškození hranice zrn. Tlak při broušení by měl být také jen mírný. Pokud je tlak příliš velký, dochází k zahřívání elektrody, které může následně opět hranici zrn poškodit.

2. Elektrodu nikdy nebruste volně v ruce

Nejčastěji používanou pomůckou při ručnímu broušení wolframových elektrod je úhlová bruska. Tento způsob broušení je ale nevhodný a v žádném případě se nedoporučuje. Pro dobrý výsledek svařování musí být hrot elektrody soustředný (vycentrovaný) a broušená plocha musí být zcela hladká. A toho ani při velmi důsledném ručním broušení nikdy nedocílíte. Navíc při ručním broušení nikdy nedosáhnete stejného výsledku (vycentrování hrotu, úhel broušení apod.) opakovaně. Shodné parametry broušení jsou přitom důležitým předpokladem pro opakovanou výslednou kvalitu svaru. A to platí zejména v sériové výrobě. Při broušení proto vždy používejte zařízení k tomu určené – brusky wolframových elektrod s diamantovým kotoučem.

Nejčastěji používaný, ale nesprávný způsob broušení wolframových elektrod

3. Správný směr broušení wolframových elektrod: axiální místo radiálního

Při broušení wolframových je rozhodující směr broušení. Pokud je broušení příčné, tj. radiální vůči svařovací elektrodě, vzniká široký kužel oblouku. Hloubka průvaru je pak menší, což v důsledku vede k chybám ve svaru. Pokud je naopak brus veden podélně k elektrodě, tj. axiálně, je oblouk více soustředěný, umožňuje hlubší průvar a svářeč tak může snáze aplikovat energii s milimetrovou přesností.

Správný (axiální) a špatný (radiální) způsob broušení

4. Broušení pod správným úhlem

Nejlepšího výsledku svařování dosáhnete při správném úhlu broušení elektrody. Čím ostřeji je wolframová elektroda nabroušena, tím cílenější a užší je průvar materiálu. Současně však dochází k extrémně vysokému zatížení hrotu elektrody, což má za následek zkrácení její životnost. Při extrémní špičce (například při úhlu 30°) se navíc může wolfram dostat do svarové lázně a tím ji znečistit. Pokud je naopak wolframová elektroda s příliš tupým hrotem a svařujete s ní stejným svařovacím proudem jako s elektrodou naostřenou, je průnik širší a méně cílený. K dosažení nejlepších výsledků svařování proto doporučujeme úhel broušení 60°.

Vliv úhlu broušení na tvar oblouku a míru průvaru

5. Po nabroušení zploštěte hrot elektrody

Po nabroušení wolframové elektrody je doporučeno zploštit nebo otupit její hrot. Zploštění by mělo činit přibližně deset procent průměru elektrody – u elektrody o průměru 1,6 mm by měl být hrot otupen o cca 0,15 mm. Zploštělý hrot má pozitivní vliv na výstup elektrody, protože zabraňuje vylamování částic z jejího hrotu. Ploché zabroušení povrchu hrotu navíc méně namáhá elektrodu a tím prodlužuje její životnost.

Rozdíl v broušení elektrod při svařování střídavým proudem AC

Zatímco pro svařování stejnosměrným proudem (DC) se elektrody brousí do špičky, pro svařování střídavým (AC) proudem se elektroda brousí naplocho. Důvodem je to, aby se na hrotu elektrody vytvořila tzv. kalota, jejímž úkolem je zajištění stabilního oblouku. Tento kulovitý útvar lze snáze vytvořit, pokud hranu elektrody v plochém místě zkosíte pod úhlem 45°.

Ukázka broušení wolframové elektrody při svařování střídavým (AC) proudem

Detail správně vytvořené kaloty na hrotu wolframové elektrody

Pokud u dopované wolframové elektrody (jako je např. elektroda E3) zjistíte, že špatně zapaluje a oblouk je nestabilní, zkraťte ji minimálně o délku kaloty a zkoste dle popisu a obrázků výše.

Pokud si všimnete, že kalota je výrazně větší než průměr wolframové elektrody, pak je svařovací proud pro tuto elektrodu příliš vysoký a měli byste použít větší průměr elektrody.

Čím brousit wolframové elektrody?

Již jsme si popsali důvody, proč je úhlová bruska pro broušení wolframových elektrod zcela nevhodná. Ačkoliv je broušení úhlovou bruskou velmi rozšířené a pro malé dílny by mohlo být dostačující, vždy doporučujeme brousit elektrody pomocí speciální brusky s diamantovým kotoučem. Na trhu existují kvalitní zařízení, do kterých se rozhodně vyplatí investovat, pokud chcete při svařování dosáhnout špičkových výsledků.

Brusky wolframových elektrod jsou k dispozici ve 2 základních variantách - pro suché nebo mokré broušení. Pokud brousíte elektrody pouze občas, bude stačit bruska pro suché broušení. Při broušení na suchých bruskách můžete pozorovat drobné odletující jiskry, které jsou způsobené zahříváním elektrody, ale při občasném broušení nepředstavují pro elektrodu zásadní problém. Pokud ale musíte wolframové elektrody brousit velmi často, doporučujeme brusku na mokré broušení, protože speciální kapalina při broušení elektrodu zároveň i chladí.

Samotné broušení wolframové elektrody lze provést v několika jednoduchých krocích a jedná se o zcela bezpečnou záležitost. A to i ze zdravotního hlediska, protože nebezpečný prach z broušení je absorbován přímo v brusce (u suchého broušení ve filtrační kazetě, u mokrého broušení přímo v kapalině). Brusný prach se tak nemá šanci dostat do dýchacích cest svářeče. Na rozdíl od úhlové brusky tak elektrodu speciální bruskou nabrousíte vždy perfektně, bezpečně a bez zdravotních rizik.

Postup broušení za použití brusky wolframových elektrod

Abyste sami viděli, že práce s bruskou wolframových elektrod je snadná, rychlá, bezpečná a hlavně efektivní, popíšeme si postup broušení v několika krocích. Uvedený postup je téměř identický u všech typů brusek wolframových elektrod bez ohledu na to, zda se jedná o brusky ruční či stolní, se systémem suchého broušení nebo broušení za mokra.

1. Vložte wolframovou elektrodu do držáku elektrody, lehce utáhněte kleštinu (aby se elektroda mohla pohybovat) a nechte elektrodu vyčnívat cca 2 - 3 cm.

2. Držák s elektrodou vložte do nastavovacího otvoru na brusce, nechte elektrodu narazit až na dno otvoru a následným otočením držáku doprava elektrodu pevně zafixujte. Tím je nastavena optimální délka elektrody pro broušení.

3. Nastavte na brusce požadovaný úhel broušení.

4. Vložte držák s elektrodou do brusky a brusku zapněte.

5. Během broušení pravidelně elektrodou otáčejte až do té doby, kdy již neucítíte odpor a neuslyšíte zvuk broušení.

6. Vypněte brusku, vyjměte držák s elektrodou a zkontrolujte výsledek broušení.

(Zdroj: Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH & Co. KG)