TIG сварки

ДУГОВАЯ СВАРКА В АТМОСФЕРЕ ИНЕРТНОГО ГАЗА с НЕПЛАВЯЩИМСЯ ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ (T.I.G. Tungsten Inert Gas)

 

A. ВВЕДЕНИЕ

Дуговая сварка инертным газом с неплавящимся вольфрамовым электродом (Tungsten Inert Gas) – это процесс, в котором тепло, необходимое для выполнения сварки, подается электрической дугой, поддерживаемой между не плавящимся электродом и обрабатываемой деталью; электрод, используемый для проведения тока – это вольфрамовый электрод или электрод из вольфрамового сплава. Зона сварки, расплавленный металл и не плавящийся электрод защищены от воздействия атмосферы при помощи инертного газа, подаваемого через горелку, в которой находится электрод. Сварка с применением процесса TIG может вестись с припоем из другого материала (стержень материала припоя) или посредством расплавления материала основы под действием электрической дуги.

 

 

 



B. СВАРОЧНЫЙ КОНТУР

Сварочный контур состоит из следующих основных частей

1. генератор тока

2. горелка, в которой находится вольфрамовый электрод, с пучком кабелей

3. стержень материала припоя

4. газовый баллон с контуром под давлением

5. зажим с кабелем массы

6. узел водяного охлаждения

 

 

 

 

 

1. Генератор тока

Генератор – это устройство, чьей задачей является поддержание горящей электрическую дугу, формирующуюся между материалом основы и вольфрамовым электродом, подавая достаточное количество тока для поддержания горящей дуги.
Внутри генератора обычно имеется регулировочное устройство тока сварки механического типа (магнитный шунт) или электронного типа (системы с тиристорами или системы с инвертером).
Можно выделить две категории генераторов:
 

 

a) генератор переменного тока AC (alternating current)
Выходной ток/напряжение генератора приобретает типичную форму квадратной волны, меняющей свою полярность через равные интервалы, с частотой 20 или 200 циклов в секунду (Герц) или более, в зависимости от типа используемого генератора. Это достигается при помощи одного или нескольких устройств, которые преобразуют синусоидальный ток/напряжение сети в подходящий для сварки переменный ток/напряжение.

b) генератор постоянного тока DC (direct current)
Выходной ток генератора приобретает форму постоянной волны, получаемую при помощи устройств, которые позволяют преобразование переменного тока/напряжения в постоянный ток.
В том случае, если сварочный контур состоит из генератора постоянного тока (DC), можно ввести дополнительную классификацию, в зависимости от способа соединения полюсов источника сварки со свариваемым материалом или от формы волны тока сварки:

i) постоянный ток с соединением с прямой полярностью
При прямой полярности горелка, с соответствующим кабелем, соединяется с отрицательным полюсом, и свариваемый материал соединяется с положительным полюсом источника; в этом случае электроны переходят от электрода к детали и приводят к плавлению.
Это наиболее часто используемый тип тока с системой TIG. Он гарантирует хорошую сварку почти на всех металлах и обычно свариваемых сплавах, за исключением алюминия. Постоянный ток с прямой полярностью производит узкое и глубокое поле расплава, а также дает более глубокое проникновение по сравнению с получаемым при обратной полярности.

ii) постоянный ток с соединением с обратной полярностью
При обратной полярности горелка, с соответствующим кабелем, соединяется с положительным полюсом, и свариваемый материал соединяется с отрицательным полюсом источника.
Этот тип питания мало используется, поскольку производит плоский расплав с неглубоким проникновением. Обратная полярность приводит к избыточному нагреву электрода; для того, чтобы не вызвать его сгорание, необходимо применять ограниченную силу тока.

С этим связано его незначительное применение. Существует дополнительная группа генераторов, которые определяются как генераторы постоянного тока, независимо от полярности соединений, и точнее генераторы модулированного или импульсного постоянного тока.
Генератор модулированного тока – это генератор постоянного тока, оснащенный особыми устройствами, которые позволяют изменять амплитуду тока сварки. Модулированный или импульсный ток достигается, накладывая на основной постоянный ток другой компонент, обычно квадратные волны, приводя к периодической пульсации дуги. При помощи данной системы достигается сварочный шов, сформированный постоянным наложением друг на друга точек сварки, которые, одна за другой, формируют единый сварочный шов. Обычно этот ток применяется на небольших толщинах, где необходимо контролировать подачу температуры, чтобы избежать прожигания свариваемой детали, не нарушая при этом глубину проникновения сварки.

 

2. Горелка, в которой устанавливается вольфрамовый электрод с пучком кабелей

Горелка, в которой находится электрод, - это устройство, которое включает вольфрамовый электрод, и соединяется с кабелями, идущими к генератору, которое подает электропитание и направляет защитный газ.
В зависимости от типа использования, существуют горелки с естественным охлаждением, посредством защитного газа, если требуется низкая сила тока, и горелки с водным охлаждением, когда применяется сильный ток (200 - 500 A) и сварка ведется часто.

 

3. Стержень материала припоя

Толщина материала, тип соединения и необходимые характеристики сварки влияют на решение применять или не применять материал припоя, добавляемый к расплаву. Добавление материала припоя к расплаву при ручной сварке выполняется, погружая стержень материала припоя в зону дуги, рядом с расплавом.
Металл припоя обычно сходен с металлом основы и к нему часто добавляется ограниченное количество раскислителей или других элементов, улучшающих свойства зоны расплава.

4. Газовый баллон с контуром под давлением

Газовый баллон с контуром под давлением состоит из следующих частей:
- баллон с защитным газом
- манометр, прибор, используемый для указания на количество газа внутри баллона
- редуктор давления
- электроклапан, который имеется в том случае, если горелка оборудована кнопкой пуска, управляемой той же кнопкой, которая открывает и закрывает приток газа, в зависимости от потребностей оператора.

 

 

5. Зажим с кабелем массы

Зажим с кабелем массы позволяет осуществлять электрическое соединение между генератором тока и свариваемым материалом основы. Кабель должен иметь сечение и длину, соответствующие максимальной силе тока источника сварки.


6. Узел водного охлаждения 

Узел водного охлаждения используется для охлаждения горелки, если она охлаждается водой, когда высокие значения сварочного тока приводят к избыточному перегреву. При помощи насоса, узел обеспечивает постоянную циркуляцию воды в горелке и посредством системы охлаждения управляет защитой от перегрева.

 

 

 


C. Защитные газы

Основной функцией защитного газа является замена воздуха рядом с расплавом, электродом и кончиком стержня с металлом припоя, чтобы избежать риска загрязнения вредными веществами, присутствующими в атмосфере.
Физические и химические характеристики газа могут по-разному влиять на сварку, в зависимости от разных типов металла. Защитные газы, используемые для сварки TIG, следующие: аргон, гелий, смеси аргона и гелия и смеси аргона и водорода.
Важно, чтобы эти газы были как можно более чистыми, так как даже незначительное количество примесей может влиять на хорошее качество сварки, делая его неприемлемым.
Во время сварки, используя в качестве защитного газа аргон, дуга остается довольно устойчивой, но расплав менее горячий; поэтому данный газ лучше подходит для сварки небольших толщин.
Следует отметить, что аргон широко применяется из-за своей гораздо более низкой стоимости, по сравнению с гелием; это фактор является особенно значимым при выборе защитного газа.
Дуга с гелием вырабатывает более сильное тепло, по сравнению с аргоном; его использованием рекомендуется для сварки материалов с высокой теплопроводностью, позволяя увеличить скорость сварки.
Поскольку гелий легче воздуха, для создания правильной защиты расплава необходимо его применение в большем количестве, по сравнению с количеством используемого аргона.
Смеси аргона и гелия используются для получения защитного газа с промежуточными характеристиками.


D. Неплавящиеся электроды

В продаже имеются различные типы неплавящихся электродов:

  • электроды из чистого вольфрама.
    Они используются при более низкой силе тока и при переменном токе, так как дуга является более устойчивой. С точки зрения стоимости, это наименее дорогие электроды.
  • электроды из торированного (покрытого торием) вольфрама.
    Выдерживают высокую силу тока. Дуга легко разжигается и, после розжига, является довольно устойчивой. Применение данных электродов рекомендуется для сварки стали при постоянном токе с прямой полярностью.
  • электроды из вольфрама с цирконием.
    Применение данных электродов рекомендуется для ручной сварки алюминия, магния и его сплавов при средне-низкой силе тока.
  • электроды с церием.
    Они отличаются высоким выделением электронов, позволяя хорошее проникновение и удовлетворительную прочность при износе.

E. Системы розжига дуги

Розжиг электрической дуги происходит благодаря быстрому контакту между вольфрамовым электродом и деталью, или при помощи специального устройства для бесконтактного розжига.
Для того чтобы не загрязнять электрод или чтобы избежать ударов дуги по материалу основы, часто дуга разжигается на чистой пластине (из меди или той же природы, что и материал основы), расположенной рядом со скосом-
Типы розжига дуги, используемые наиболее часто, следующие:

  • зажигание HF (высокочастотное). Пилотная искра дается высокочастотным генератором, которая налагает на напряжение сварки импульс высокого напряжения; мощность этого устройства минимальная, но позволяющая на расстоянии произвести розжиг электрической дуги.
    Зажигание HF требует использование особой горелки сварки, на которой имеется также кнопка, позволяющая управлять розжигом.

  • зажигание с пилотной дугой. В этом случае дуга загорается между вольфрамовым электродом и вспомогательным электродом, которым может быть кольцо, помещенное на форсунку самой горелки.
    Зажигание пилотной дуги происходит посредством искры высокой частоты, воздействующей на контур самой пилотной дуги; после того, как пилотная дуга загорелась, пилотная искра отключается, так как основная дуга загорается самостоятельно посредством простого разряда вольфрамового электрода, который воспламеняется в атмосфере из ионизированного газа. Это возбуждение дуги чаще всего используется в автоматических установках.

  • зажигание LIFT. Достигается при помощи устройства, работающего с током низкой величины, чтобы не повредить наконечник вольфрамового электрода, когда он находится в контакте со свариваемым материалом.
    В тот момент, когда электрод отдаляется от детали, образуется искра, приводящая к розжигу дуги; генератор увеличивает ток сварки до начальной заданной величины. Запуск LIFT, из-за отсутствия высокой частоты, обладает свойством не создавать электромагнитные помехи; контакт наконечника электрода со свариваемым материалом в любом случае создает загрязнение расплава.

  • возбуждение дуги трением (scratch). Этот розжиг получается при помощи трения вольфрамового электрода по свариваемой детали, с последующим возбуждением дуги. Как следствие контакта между электродом и свариваемой деталью, в начале шва имеются вольфрамовые включения, снижающие качество сварки.

F. Сварка TIG различных материалов

Применение данного процесса в основном используется при сварке нержавеющей стали, алюминия и его сплавов, никеля, меди, титана и их сплавов. Нержавеющие стали свариваются при постоянном токе (DC) с прямой полярностью.
Можно варить без материала припоя детали с толщиной до 2,5 мм; свыше указанной толщины с краев следует снимать фаску и нужно использовать стержень материала припоя, который должен соответствовать качеству свариваемой нержавеющей стали. Перед началом сварки рекомендуется тщательно очистить материал щеткой из нержавеющей стали. 

Алюминий и его сплавы свариваются при переменном токе (AC) и требуют, для хорошего результата шва, использование высокочастотного генератора с соответствующими характеристиками. Если имеется сильное окисление, его следует удалить при помощи щетки или травления (химический процесс для удаления имеющихся на материале оксидов).

В таком случае также можно вести сварку без материала припоя на толщинах до 2,5 мм; свыше указанной толщины с краев следует снимать фаску и нужно использовать стержень материала припоя.
Сварка в аргоновой атмосфере, с вольфрамовым электродом, применяется с мягкими и легированными сталями, никелем и его сплавами, медью и ее сплавами, титаном и его сплавами, а также сварку благородных металлов. Для данных металлов и сплавов используется постоянный ток (DC) с прямой полярностью.