Для чего используется тиг сварка

На чтение 17 мин Обновлено 15.01.2023

Сварка в инертных газах вольфрамовым электродом (TIG)

Сущность процесса сварки ТИГ

Полное наименование этого процесса сварки таково: Ручная дуговая сварка в инертном газе вольфрамовым электродом (ДСТУ 3761.3-98 «Сварка и родственные процессы. Часть 3 Сварка металлов: соединения и швы, технология, материалы и оборудование. Термины и определения»). Схема и сущность процесса сварки ТИГ показана на рисунке ниже.

Кромки свариваемого изделия и присадочный металл расплавляются дугой, горящей между неплавящимся вольфрамовым электродом и изделием. При этом используется электрод либо из чистого, либо из активированного вольфрама. При необходимости в сварочную ванну добавляется присадочный металл. По мере перемещения дуги расплавленный (жидкий) металл сварочной ванны затвердевает (то есть кристаллизируется), образуя сварной шов, соединяющий кромки деталей. Сварное соединение образуется либо только за счет расплавленного основного металла, либо за счет, как основного металла, так и металла присадочной проволоки. Дуга, сварочная ванна, торцы вольфрамового электрода и присадочной проволоки, а также остывающий шов защищены от воздействия окружающей среды инертным газом (аргоном или гелием), подаваемым в зону сварки горелкой. Сварка выполняется либо постоянным током прямой полярности, когда плюсовая клемма источника питания подключается к изделию, а минусовая – к горелке, либо переменным током (при сварке алюминия).

Область применения сварки ТИГ

Этот способ сварки широко применяется в химической, теплоэнергетической, нефтеперерабатывающей, авиационно-космической, пищевой, автомобилестроительной и других отраслях промышленности для сварки практически всех металлов и сплавов: углеродистых, конструкционных и нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов, титана, никеля, меди, латуней, кремнистых бронз, а так же разнородных металлов и сплавов; наплавка одних металлов на другие.

Сварочный источник питания

Сварочный источник питания обеспечивает сварочную дугу электрической энергией. В качестве источника питания при сварке ТИГ используются:

— сварочные трансформаторы – при сварке на переменном токе;
— сварочные выпрямители и генераторы – при сварке на постоянном токе;
— универсальные источники питания, обеспечивающие, как сварку переменным, так и постоянным током.

Источники питания для сварки ТИГ должны иметь крутопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику (Источники питания для дуговой сварки). Такая характеристика обеспечивает постоянство заданного значения тока сварки при нарушениях длины дуги, например, из-за колебаний руки сварщика.

Сварочная горелка

Основным назначением горелки для дуговой сварки ТИГ является жесткое фиксирование вольфрамового электрода (W-электрода) в требуемом положении, подвода к нему электрического тока и равномерного распределения потока защитного газа вокруг сварочной ванны. Она состоит из корпуса (ручки) и головки покрытой изолирующим материалом. Обычно, в рукоятку горелки встроена кнопка управления для включения и выключения тока сварки и защитного газа. Некоторые современные горелки имеют кнопку управления током в процессе сварки. Цанга позволяет жестко закрепить W-электрод в горелке; для этого необходимо закрутить тыльный колпачок до отказа. Обычно, тыльный колпачок достаточно длинный, чтобы вместить в себя всю длину электрода, как это показано на рисунке. Но для работы в стесненных условиях горелки могут снабжаться и короткими колпачками.

Горелки для сварки ТИГ разработаны самых разных конструкций и размеров в зависимости от максимального требуемого тока, а также от условий ее применения. Размер горелки также влияет на то, как горелка будет нагреваться и охлаждаться при сварке. Конструкция некоторых горелок предполагает их охлаждение потоком защитного газа (это так называемые, горелки воздушного охлаждения). Горелки также отводят тепло в окружающее пространство. Имеются также горелки с водяным охлаждением. Они, обычно, предназначаются для использования на повышенных токах сварки. Горелки ТИГ с водяным охлаждением, как правило, имеют меньшие размеры, чем горелки воздушного охлаждения для тех же токов сварки.

Газовое сопло. Функцией газового сопла является направлять защитный газ в зону сварки с тем, чтобы он замещал окружающий воздух. Газовое сопло крепится к горелке ТИГ на резьбе, что, в случае необходимости, облегчает его замену. Они обычно изготавливаются из керамического материала для того, чтобы противостоять интенсивному нагреву.

Газовые линзы. Другим типом сопел являются сопла со встроенными газовыми линзами, в которых поток газа проходит через металлическую решетку, что придает ему большую ламинарность, обеспечивающую более надежную защиту, так как такой поток более устойчив к воздействиям поперечных воздушных потоков и действует на большее расстояние. Преимуществом сопла, обеспечивающего ламинарный поток газа, заключается в том, что можно устанавливать больший вылет электрода, что дает сварщику лучший обзор сварочной ванны. Газовые линзы также снижают расход газа.

Обычное сопло (слева) и сопло с газовой линзой (справа)

Форма потока защитного газа от обычного сопла

Форма потока защитного газа от сопла с газовой линзой

Блоки (панели) управления установками для сварки ТИГ

Блоки (панели) управления установками для сварки ТИГ могут быть, как очень простыми, так и очень сложными с различными функциями. Самый простой блок управления позволяет регулировать только ток сварки. В то время как расход защитного газа настраивается регулятором, вмонтированном в горелку ТИГ. Современные блоки управления позволяют включать защитный газ до зажигания дуги и продолжать его подачу некоторое время после выключение тока сварки. Последнее обеспечивает защиту вольфрамового электрода и остывающей сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха. Блоки управления установками для сварки ТИГ могут также обеспечивать контроль нарастания и снижения тока сварки, а также импульсный режим сварки (пульсацию тока). Регулирование времени плавного нарастания тока до номинального уровня при зажигании дуги предохраняет вольфрамовый электрод от разрушения и попадания частичек вольфрама в сварной шов. Регулирование времени плавного снижения тока при окончании сварки предотвращает образование кратера и пористости.

При импульсном режиме сварки устанавливаются два уровня тока: ток импульса и ток базы. Значение тока базы выбирается из условия поддержания горения дуги. Плавление основного металла осуществляется током импульса, в то время как во время паузы сварочная ванна остывает (вплоть до полной кристаллизации в зависимости от параметров импульсного режима). Длительности импульса и паузы могут регулироваться.

При импульсной сварке шов выглядит, как ряд наложенных друг на друга сварных точек, причем степень их перекрытия зависит от скорости сварки.

Основные параметры режима ручной сварки ТИГ

К основным параметрам режима сварки ТИГ относятся:

— тип вольфрамового электрода;
— диаметр электрода;
— тип защитного газа;
— сила тока сварки (Iсв);
— напряжение на дуге (Uд);
— скорость сварки (Vсв).

Используемые сварочные материалы

Защитные газы

Защитный газ выполняет несколько функций. Одна из них заключается в том, чтобы вытеснять собой из зоны сварки окружающий воздух и, тем самым, исключить его контакт со сварочной ванной и раскаленным вольфрамовым электродом. Он также выполняет важную роль в обеспечении прохождения тока и передаче тепла через дугу. При сварке ТИГ используются два инертных газа: аргон (Ar) и гелий (He), из которых первый газ используется чаще. Они оба могут быть смешаны друг с другом, или каждый из них с другим газом, который обладает восстановительной способностью, т.е. вступает в связь с кислородом. При сварке ТИГ в качестве газов с восстановительной способностью используются два газа, водород (H2) и азот (N2). Выбор типа защитного газа зависит от типа материала, подлежащего сварке.

Выбор надлежащего защитного газа.

Газ	Нелегированные и низколегированные стали	Нержавеющие стали	Никелеевые сплавы	Медные сплавы	Алюминиевые сплавы
Ar	X	X	X	X	X
Ar/H₂	X	X
Ar/He	X	X	X
He	X	X

В качестве защитного газа для корневой стороны сварного шва рекомендуется использовать смесь газов с восстановительной способностью N₂/H₂.

Более подробная информация о защитных газах, а также о присадочных прутках приведена в статье Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)

Электроды

Неплавящиеся вольфрамовые электроды для дуговой сварки в защитных газах изготавливаются 4-х типов (согласно ГОСТ 23949-80):

ЭВЧ – чистый вольфрам без специальных добавок;
ЭВЛ – вольфрам с добавкой окиси лантана (1,1 – 1,4%);
ЭВИ – вольфрам с добавкой окиси иттрия (1,5 – 3,5%);
ЭВТ – вольфрам с добавкой двуокиси тория (1,5 – 2%).

Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от его марки, величины и рода сварочного тока. Электроды ЭВЧ используют для сварки на переменном токе, а прочие для сварки на переменном и постоянном токах прямой и обратной полярности.

Диаметр электрода, мм	Постоянный ток, полярность						Переменный ток, А
	прямая			обратная			Переменный ток, А
	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ
2	80	180	120	20	25	25	—	—	—
3	230	380	300	35	50	30	—	150	180
4	500	620	590	60	70	60	180	170	220
5	720	920	810	—	—	70	—	210	270
6	900	1500	1000	100	120	110	250	250	340

Род тока и полярность влияют, прежде всего, на форму провара. Эта зависимость условно представлена на рисунке.

А — постоянный ток прямая полярность; Б — постоянный ток обратная полярность; В — переменный ток;

В процессе сварки происходит затупление электрода и, как следствие, уменьшение глубины провара. Затачивать конец электрода для сварки переменном током рекомендуется в виде сферы, а для сварки постоянным током – в виде конуса. Угол конуса должен быть 28 — 30°, длина конической части должна составлять 2 – 3 диаметров электрода. Конус после заточки должен быть притуплен, диаметр притупления должен быть от 0,2 до 0,5 мм.

Процесс заточки электрода показан на рисунке ниже. При заточке электрода могут использоваться переносные аппараты, или стационарные со специальными направляющими для электрода или без них.

Расход электродов диаметром 8 — 10 мм при беспрерывной работе в течение 5 часов:

ЭВЧ – 8,4 г/час, ЭВЛ – 1,2 г/час, ЭВИ – 0,18 г/час, ЭВТ – 1,4 г/час. Чтобы уменьшить расход электрода, подачу инертного газа следует начинать до включения сварочного тока, а прекращать после выключения тока и остывания электрода.

Циркониевые и гафниевые электроды используют в горелках для плазменной сварки. Сварка графитовым электродом используется очень редко – главным образом для получения сварных соединений неответственного назначения при изготовлении изделий из низкоуглеродистой стали, заваривании дефектов на чугунном литье и при сварке меди в азоте на постоянном токе прямой полярности.

Влияние полярности тока на процесс сварки тиг

Полярность тока сварки существенным образом сказывается на характере протекания процесса дуговой сварки в инертном газе вольфрамовым электродом. В отличии от сварки плавящимся электродом (к которой относится сварка ММА и МИГ/МАГ) при сварке неплавящимся электродом в защитной среде инертного газа различия в характере процесса сварки на обратной и прямой полярности носят противоположный характер.

Так при использовании обратной полярности процесс сварки ТИГ характеризуется следующими особенностями:

— сниженный ввод тепла в изделие и повышенный в электрод (поэтому при сварке на обратной полярности неплавящийся электрод должен быть большего диаметра при одном и том же токе; в противном случае он будет перегреваться и быстро разрушится);
— зона расплавления основного металла широкая, но неглубокая;
— наблюдается эффект катодной чистки поверхности основного металла, когда под действием потока положительных ионов происходит разрушение окисной и нитридной пленок (так называемое катодное распыление), что улучшает сплавление кромок и формирование шва.

В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается:

— повышенный ввод тепла в изделие и сниженный в электрод;
— зона расплавления основного металла узкая, но глубокая.

Как и в случае сварки ММА и МИГ/МАГ, различия свойств дуги при прямой и обратной полярности при сварке ТИГ связаны с несимметричностью выделения энергии на катоде и аноде. Эта несимметричность, в свою очередь, определяется разностью в значениях падения напряжения в анодной и катодной областях дуги. В условиях сварки неплавящимся электродом катодное падение напряжения значительно ниже анодного падения напряжения, поэтому тепла на катоде выделяется меньше, чем на аноде.

Ниже приведен примерный объем выделения тепла на различных участках дуги применительно к сварке ТИГ при токе сварки 100 А и при использовании прямой полярности (как произведение падения напряжения в соответствующей области дуги на ток сварки):

— в катодной области: 4 В х 100 А = 0,4 кВт на длине ≈ 0,0001 мм
— в столбе дуги: 5 В х 100 А = 0,5 кВт на длине ≈ 5 мм
— в анодной области: 10 В х 100 А = 1,0 кВт на длине ≈ 0,001 мм.

В связи с тем, что при сварке на прямой полярности наблюдается повышенный ввод тепла в изделие и сниженный в электрод, при сварке на постоянном токе используют прямую полярность. При этом, благодаря тому, что тепло выделяется, в основном, в анодной области, плавятся только те участки основного металла, на которые направляется дуга, т.е. где оказывается размещенным анод.

Основные международные обозначения, относящиеся к сварке ТИГ

TIG — Такое сокращение названия этого процесса принято в Европе. TIG — Tungsten Inert Gas (tungsten – вольфрам на английском языке).

WIG — Так принято для краткости называть этот процесс в Германии. WIG – Wolfram-Inertgasschweiβen (wolfram – вольфрам на немецком языке).

TIG-DC — способ ТИГ на постоянном токе (DC — direct current — постоянный ток на английском языке).

TIG-AC — способ ТИГ на переменном токе (AC – alternating current – переменный ток на английском языке).

TIG-HF — способ ТИГ с системой бесконтактного возбуждения дуги высоковольтным и высокочастотным разрядом; HF — high frequency – высокая частота на английском языке.

Установка длины дугового промежутка

Высокочастотный разряд

Зарождение и развитие дуги

Формирование рабочей дуги

При этом используется осциллятор, который вырабатывает кратковременный импульс напряжения, обеспечивающий пробой и последовательное развитие искрового разряда вплоть до дугового. Благодаря высокой частоте и малой мощности осциллятора высокое напряжение неопасно для человека. Высокочастотный поджиг обеспечивает самое высокое качество сварного шва, так как при нем не происходит контакта вольфрамового электрода с изделием, и, поэтому, исключается попадание частичек вольфрама в сварочную ванну. При таком поджиге также не происходит разрушения торца вольфрамового электрода. Однако, применение осцилляторов может приводить к выходу из строя устройств чувствительных к электромагнитному воздействию.

TIG-Contact или SCRATCH START — способ ТИГ с контактным возбуждением дуги касанием вольфрамового электрода изделия («чирканьем» торца вольфрамового электрода по поверхности изделия, наподобие того, как это делается при сварке покрытыми электродами). При этом способе зажигания дуги возможно попадание частичек вольфрама в сварочную ванну, а также имеет место разрушение торца вольфрамового электрода, так как в момент контакта электрода с изделием протекает ток короткого замыкания.

TIG-LIFT ARC (TIG-LIFT IGNITION, LIFTIG) — способ ТИГ с контактным возбуждением дуги когда в момент короткого замыкания протекает заблаговременно сниженный ток.

Зарождение малоамперной дуги

Формирование рабочей дуги

Этот способ зажигания дуги, хотя и не исключает контакта электрода с изделием, не имеет недостатков предыдущего способа, так как в момент КЗ протекает заблаговременно сниженный ток.

Настройка параметров сварки ТИГ

На рисунке ниже показана последовательность определения и регулировки параметров сварки ТИГ.

Техника сварки ТИГ

При сварке ТИГ боковой угол горелки должен всегда поддерживаться равным 90 градусам. Горелку следует держать под углом В то время как угол наклона горелки к поверхности изделия в направлении обратном сварке должен составлять 70 … 80 градусов. Присадка подается по мере перемещения горелки под углом от 15 до 30° к основному металлу.

Сварка ТИГ выполняется «углом вперед» (т.е. горелка наклонена в сторону формирующегося сварного шва) с регулярной подачей присадки мелкими шагами. При сварке очень важно, чтобы конец присадочной проволоки не выводился из зоны газовой защиты; в противном случае, будучи расплавленным или нагретым, он окислится от контакта с окружающим воздухом. Любая степень окисления или загрязнения присадочной проволоки неизбежно вызовет загрязнение сварочной ванны. Поэтому очень важно, чтобы сварщик использовал присадочные прудки чистые грязи, смазки или влаги. Обычно грязь и смазка попадает на присадочный металл с грязных рукавиц. Поэтому, непосредственно перед сваркой, очень желательно обрабатывать прутки, например, ацетоном. Смазка и влага, как на присадочном прутке, так и на основном металле могут вызвать серьезные дефекты сварного шва, такие как пористость, водородное растрескивание и др.

Особенности сварки алюминия и алюминиевых сплавов

При сварке ТИГ большинства металлов используется постоянный ток прямой полярности. Однако эти условия сварки неприемлемы, когда речь идет об алюминии и магнии. Обусловлено это наличием на поверхности этих металлов прочной и тугоплавкой окисной пленки. Алюминий характеризуется высокой химической активностью. Он легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, т.е. окисляется. При этом образуется тонкая плотная пленка из оксида алюминия (Al₂O₃). Своей высокой коррозионной стойкостью алюминий обязан именно этой пленке. Температура плавления чистого алюминия – 660 ºС, а температура плавления окиси алюминия более чем в три раза выше – 2030 ºС. Окись алюминия – это керамический материал, твердый и не электропроводный. При расплавлении алюминия он растекается крупными каплями удерживаемыми от слияния окисной пленкой. В случае если фрагменты пленки окажутся в закристаллизовавшемся металле шва, то его механические свойства ухудшаться. Таким образом, для того чтобы сварить вместе две алюминиевые детали, прежде всего, необходимо эту окисную пленку разрушить. Это можно выполнить:

— механически (однако, это практически невозможно, так как из-за высокой химической активности алюминия он тут же вступает в связь с кислородом, и новый слой окиси алюминия начинает образовываться. Причем, в условиях дуговой сварки при высокой температуре окисление алюминия и образование окисной пленки происходит еще более интенсивно);
— химической обработкой (довольно сложно и трудоемко);
— сваркой на обратной полярности;
— сваркой на переменном токе.

При подключении электрода к отрицательному полюсу (сварка на прямой полярности) изделию будет передаваться значительное количество тепла, однако пленка разрушаться не будет. Если полярность изменить и подключить электрод к положительному полюсу (сварка на обратной полярности), то тепла изделию будет передаваться меньше, однако, как только будет возбуждена дуга, окисная пленка начнет разрушаться (происходит, так называемая катодная очистка).

Существует две теории, объясняющие механизм разрушения окисной пленки на обратной полярности.

Катодное пятно, перемещаясь по поверхности сварочной ванны, приводит к испарению окислов алюминия, при этом эмиссия электронов с активных катодных пятен отталкивает фрагменты окисной пленки к краям сварочной ванны, где они формируют тонкие полоски.

Поток ионов обладает достаточной кинетической энергией, чтобы при столкновении с поверхностью катода разрушать окисную пленку (аналогичный эффект имеет место при пескоструйной обработке). В пользу этой теории говорит тот факт, что чистящий эффект выше при использовании инертных газов с более высоким атомарным весом (аргон)

Однако наряду с этим положительным явлением будут наблюдаться такие отрицательные последствия сварки на обратной полярности как перегрев электрода, на котором будет выделяться слишком много тепла (вызывая его перегрев), и низкое проплавление основного металла. Решением этих проблем является сварка на переменном токе. Комбинация прямой и обратной полярности позволяет использовать преимущества обоих полярностей; мы получаем и необходимое тепловложение (т.е. проплавление основного металла) в полупериоды прямой полярности и очистку поверхности от окиси алюминия (в полупериоды обратной полярности). Сварка на переменном токе этой частотой является идеальным процессом соединения всех типов алюминиевых и магниевых сплавов.

Достоинства и недостатки процесса ручной сварки ТИГ

По сравнению с другими способами сварки (ММА, МИГ/МАГ, сварка под флюсом) сварка ТИГ характеризуется следующими преимуществами:

— позволяет получить сварные швы высокого качества применительно к практически всем металлам и сплавам (включая трудносвариваемые и разнородные, например алюминий со сталью);
— обеспечивается хороший визуальный контроль сварочной ванны и дуги;
— благодаря отсутствию переноса металла через дугу не имеет места разбрызгивание металла;
— практически не требуется обработка поверхности шва после сварки;
— как и в случае сварочных процессов МИГ/МАГ и ММА сварку ТИГ можно выполнять во всех пространственных положениях;
— также как и в случае сварки МИГ/МАГ при сварке ТИГ нет шлака, а это означает, что не бывает шлаковых включений в металл шва.

К недостаткам этого способа сварки можно отнести низкую производительность, сложность и высокую стоимость источника питания (по сравнению со сваркой плавящимся электродом).

Источник

Для чего используется tig сварка

На чтение 17 мин Просмотров 1 Обновлено 15.01.2023

TIG сварка: что это такое, как работает, где применяется, ее преимущества и недостатки

Что это такое?

Сваривать металлы люди начали достаточно давно. Однако старая и современная сварка сильно различаются. TIG сварка является одним из наиболее современных методов соединения металлических заготовок. Главный ее принцип — применение вольфрамового электрода, вводимого в атмосферу химически бездеятельного газа. Сам стержень такого рода принято относить к «неплавящейся» категории. Сварщику приходится точить электродный инструмент, иначе добиться постоянного устойчивого существования электрической дуги невозможно.

Официальная расшифровка термина TIG – аргонодуговая сварка с применением как раз неплавкого электродного инструмента. Конечно, даже вольфрам может плавиться — но только при температуре не ниже 3500 градусов. Иногда схема подразумевает подачу не аргона, а другого нейтрального газа. Стоит отметить, что в технической документации такой метод может иметь и другие названия. К примеру, в немецкоязычной литературе в ходу термин WIG. Есть еще название GTA, которое не указывает на химические свойства применяемого газа.

Вольфрамовая сварка в изолирующем газе вошла в промышленный оборот в 1940-е годы. Она стала настоящим спасением для авиационной промышленности, а позднее для ракетостроения, где другие методы соединения уже не удовлетворяли. Довольно скоро достоинства TIG оценили и инженеры других отраслей. Основные характеристики такого способа:

максимальная равномерность шва (исключается появление пор и ненормальных полостей);
сокращение внутренних механических напряжений;
отсутствие плавильных брызг;
пригодность практически для любого чистого металла или сплава;
отсутствие необходимости дополнительно обрабатывать заготовки после соединения;
возможность в целом освоить оборудование и методы работы за 2-3 сеанса;
малая эффективность работы на открытом воздухе (без изоляции от ветра);
необходимость тщательной подготовки поверхности;
усложнение работы из-за неприемлемости острого угла размещения горелки;
необходимость вычищать отметки, оставляемые электрической дугой.

Тигельная сварка приемлема для работы почти со всеми типами стали. Когда электродный инструмент расположен в цанге, он жестко фиксируется в горелке. Излишек длины скрывается дополнительным колпаком, что исключает риск короткого замыкания. Завершающая часть горелки — специальное керамическое сопло. В его середине располагается электрод, окружаемый изолирующим газом.

Когда пластины разделяются зазором, либо поставлена цель получить шов с высокой стойкостью к разрыву и надлому, нужно использовать присадочную проволоку. Сечение этой проволоки определяется необходимой толщиной изделия и конкретно шва. В некоторых случаях применяется импульсная разновидность ТИГ сварки. Такой вариант подразумевает, что параметры тока меняются от предельных до минимальных за сравнительно короткое время. Для работы может применяться и постоянный, и переменный ток. Учитывают и вид, и толщину металлических заготовок. Обязательно необходимо разобраться с отличиями TIG от MMA.

Второй вариант — MMA подразумевает применение покрытого электрода. Такой подход позволяет отказаться от использования изолирующего газа. Расплавляющиеся электроды оставляют укрепленный шов. Со сталью можно работать уверенно при помощи аппаратуры MMA. Методика TIG позволяет эффективно манипулировать алюминием и другими цветными металлами.

История появления

Сварка известна человечеству не одно десятилетие. Впервые идея того, что можно соединять металлические детали во время сильного нагревания появилась в начале 20 века. Над созданием подобного оборудования задумался Чарльз Л. Коффин — американский инженер. Однако первые образцы оборудования не позволяли использовать аппарат в промышленных условиях, сваривать сплавы металлов.

Впервые неплавящийся электрод из вольфрама и защитный газ (инертный гелий) были протестированы в 40-х годах 20 века. С помощью этой технологии удалось соединить алюминий, магний, никель. Метод стал популярен в самолёто- и ракетостроении, а потом получил популярность и среди других направлений промышленности.

Принцип действия

Для того, чтобы разобраться что это — аргонодуговая сварка TIG, необходимо иметь хотя бы элементарные познания в области сварки. Технология процесса методом сварки TIG была разработана в 1841 году. Прогресс состоял в том, что это позволило производить сварку ранее не соединяемых этим способом материалов.

Суть метода — горение электрической дуги в аргоне. Этот газ обладает рядом примечательных свойств. Тяжелее воздуха, он, проникая в сварочную ванну, является ее защитой от других атмосферных газов. В результате шов получается без оксидной пленки. Это способствует хорошему качеству соединения металлов. Аргон — самый недорогой защитный при сварке газ.

Основной элемент — электрод из вольфрама. Температура его плавления почти 4000°С. Это дает возможность работы почти со всеми видам стали. Вольфрамовый электрод не плавится. Необходима лишь его периодическая заточка для обеспечения точного и аккуратного сварочного шва. Электрод, находящийся в цанге, зафиксирован в горелке. Его избыточная длина, бездейственная в работе, находится в особом колпаке, что предотвращает возможность замыкания.

Горелка оканчивается соплом из керамики. По центральной линии сопла проходит электрод, а вокруг находится инертный газ. При сварке ТИГ в качестве инертного газа выступает аргон. Его присутствие исключает попадание воздуха в сварочную ванну, что вызвало бы пористость шва при затвердевании. Запуск аргона регулируется кнопкой на горелке.

Электрод разжигает дугу, а она плавит кромки свариваемых металлов. Если между металлическими пластинами существует зазор или стоит задача создать шов, обладающий высоким сопротивлением на разрыв и излом, то применяют присадочную проволоку. Ее диаметр выбирают в зависимости от толщины изделия и сварного шва. При ручной сварке проволоку в зону плавления подает сварщик.

Качественный шов обеспечивает сварка аргоном с поддувом. Это осуществляется подачей защищающего газа к другой стороне шва.

Аргонодуговая сварка с поддувом имеет следующие режимы:

автоматический;
полуавтоматический;
ручной.

В первом случае аргоновая сварка с поддувом осуществляется полностью автоматически. Прокладывание траекторий, по которым перемещаются электрод и присадочная проволока, — функция аппарата. При полуавтоматическом режиме оператор регулирует сварку с помощью аппарата, а подача проволоки происходит автоматически. При ручном режиме автором процесса является сварщик.

В ручной аргонодуговой сварке не пользуются электродами с покрытием, поскольку защитой является инертный газ. Высокую температуру обеспечивает электрическая дуга. Покрытый электрод не обеспечивал бы необходимого уровня защиты. Кроме того, в отсыревших электродах может скопиться водород, что наносит урон качеству шва.

Автоматическая аргонодуговая сварка работает по такому же принципу, как и ручная. Отличие состоит в том, что управление происходит с помощью автоматов. Оператор устанавливает необходимую программу, и техническое оборудование начинает работать по заданным параметрам. Автоматическая система также подает проволоку с установленной скоростью.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом предполагает, что розжиг дуги возникает при соприкосновении электрода с металлом. Когда применяются неплавящиеся электроды, такой способ неприменим, поскольку у аргона величина ионизации высокая и для розжига потребуется сильная искра. При использовании вольфрамового электрода для разжигания нужен дополнительный прибор — осциллятор. Он вырабатывает ток высокой частоты для импульса розжига. В процессе сварки осциллятор генерирует импульсы, которые стабилизируют дугу.

На электрод подается высокое напряжение с большой частотой импульсов. Это обеспечивает ионизацию и розжиг дуги. Применение осциллятора позволяет сварщику спокойно осуществлять сварку, как при переменном, так и при постоянном токах.

Оборудование может работать при разных режимах. Разберемся, что это — режим TIG сварки. Для сваривания применяются два способа в зависимости от вида тока: переменного или постоянного.

При ТИГ сварке переменным током после розжига роль стабилизирующего элемента, подающего импульсы при замене полярности ТИГ сварки, играет осциллятор. Это гарантирует постоянство горения дуги.

Во время TIG сварки на постоянном токе выделяемое тепло на аноде и катоде неодинаково. Для лучшего нагрева металла используют прямой вид полярности, при котором плюс на детали, а минус — на электроде. Такая полярность TIG сварки подходит для всех сплавов, исключая алюминиевых. Для них требуется сварка на переменном токе, чтобы окись на поверхности удалялась более эффективно.

Работа при постоянном токе обладает следующими преимуществами:

Экономичность процесса.
Возможность сварки на большой глубине. Шов в результате становится глубоким, но узким.
Увеличение скорости процесса.

При режиме TIG сварки на переменном токе смена полюсов происходит автоматически. Режимы выбирают в зависимости от свариваемых металлов.

Сферы применения

Технология ТИГ находит применение в:

кораблестроении;
производстве автомобилей и летательных аппаратов;
получении деталей различных станков и механизмов;
изготовлении медицинской техники;
производстве бытового и профессионального электроинструмента.

Эта методика позволяет успешно сваривать изделия из черного металла — чугуна и стали. Можно отлично приваривать, скажем, углеродистые и нержавеющие заготовки. Присадочный материал нет необходимости тщательно отбирать — подойдет практически любой вариант. Наряду с чистым вольфрамовым инструментом, могут использоваться и вольфрамсодержащие конструкции. Чугун приходится предварительно прогревать. Работа с легированными и содержащими много углерода сталями возможна, если они не будут испытывать сильных механических нагрузок, дополнительно требуется защищать металл от чрезмерного нагрева.

ТИГ сварка алюминия постоянным током за последние годы почти вышла из употребления. Сам по себе метод отличается повышенной себестоимостью. Потому его используют главным образом там, где предъявляются высокие требования к самим изделиям и их соединениям. Полноценная работа может быть выполнена лишь в условиях промышленного производства. В условиях частного дома или небольшой мастерской обычно возникают серьезные проблемы.

Методом TIG можно сравнительно неплохо варить и изделия из меди. Такой вариант позволяет получить весьма красивый шов. Обязательно следует учитывать жидкотекучесть медного расплава и повышенную теплопроводность этого металла. Сильный прогрев меди приводит к появлению тугоплавких компонентов, отличающихся повышенной хрупкостью. Создать вертикальные либо потолочные швы невозможно — все из-за той же особой текучести металла.

Режимы

ТИГ оборудование работает с помощью однополярного или переменного тока. Каждый из отдельных режимов ТИГ сварки применяется для разных материалов.

Режим ТИГ сварки

Постоянный ток

Оборудование, работающее на постоянном токе, обладает определёнными преимуществами. К ним относятся:

Увеличивается экономичность рабочего процесса.
Можно проваривать детали на большую глубину. Шов получается узки, но глубоким.
Возрастает скорость сварочного процесса.

Минус подаётся на вольфрамовый электрод, плюс идёт на обрабатываемую деталь. Оборудование, работающее на постоянном токе, подходит для соединения легирующих сталей, нержавейки.

Переменный ток

Оборудование, во время работы которого происходит автоматическая смена минуса и плюса. При увеличении обратной полярности поверхность эффективнее очищается от оксидной пленки.

Приборы (аппараты) для сварки

Для тиг сварки неопытному сварщику больше всего подойдет инверторный аппарат ММА с функцией tig оснащённый осциллятором. На этом инверторе начинающий сможет учиться tig сварке на нержавейке, низколегированной стали и др., которые не требуют большого мастерства от начинающих.

Для работы с алюминием, магнием и др. нужен более серьезный инвертор, который переключается на переменный ток.

Профессиональные инверторы снабжены дополнительными функциями:

стабилизация дуги;
модуляция сварочного тока;
ускоренный поджиг;
заварка кратера.

Правильно ими пользоваться и настраивать под силу только квалифицированным сварщикам.

Осциллятор

Для бесконтактного поджигания дуги в начале сварки и ее стабильности во время работы, используется высоковольтный высокочастотный генератор – осциллятор. Он может быть как отдельное устройство, так и интегрирован в сварочный аппарат.

С помощью прибора дуга зажигается без соприкосновения электрода с металлом. Это очень удобно для начинающих. В процессе сварки дуга постоянная по отношению к изменяющемуся зазору между электродом и поверхностью металла. В результате работы осциллятора получается равномерный шов.

Неплавящиеся электроды

Температура плавления вольфрама более 3400 градусов, поэтому электрод не сгорает и не плавится под действием высокой температуры. Бывают электроды из чистого вольфрама или с легирующими добавками. Кончики окрашены в различные цвета, в зависимости от предназначения.

Для получения надежного шва и стабилизации дуги, рабочий кончик электрода надо периодически затачивать. При работе с переменным током он должен быть округлым, с постоянным – под конус.

Длина заточки составляет примерно 2-3 диаметра электрода. Для стабильности дуги риски от заточного инструмента должны располагаться вдоль острия, а не поперек. Недопустимо при заточке перегревать электрод, т.к. вольфрам становится более хрупким.

Электроды выбираются в зависимости от токовых режимов сварки.

Диаметр электрода, мм	Толщина металла, мм	Сила тока, А
1,5	1	45 – 55
2	2	80 – 90
3,5	3	120 – 150
5	4	170 – 190

Начинающие чаще всего работают с электродами 1,6 и 2,4 мм в диаметре.

Сварочная горелка

При работе с малыми токами – 50-150А горелка успевает остыть естественным путем – газоохлаждение. Горелка со встроенным в ручку водяным охлаждением, расчитана на рабочий ток 200-600А. Вода циркулирует через весь кабель-канал от аппарата к горелке.

Сборка горелки происходит следующим образом:

Устанавливаем цангодержатель;
вставляем в него цангу;
закручиваем колпачок (не до края) – для предохранения замыканий об массу;
вставляем неплавящийся электрод;
на цангу наворачиваем керамическое сопло;
настраиваем вылет электрода – минимально возможный;
накрепко затягиваем колпачок.

Электрод вставляется по центру сопла, а по окружности подается аргон.

Рукоятка горелки закреплена к кабель-шлангу статически или посредством гибкой шейки, что позволяет выполнять тонкую и продолжительную работу в любой плоскости. Кнопка на ручке активирует подачу тока на электрод и газа.

Цангдержатели бывают с линзой и без нее. Газовая линза похожа на фильтрующую сетку, которая обеспечивает равномерный поток газа и более широкую зону защиты. Это особенно полезно для работы с нержавейкой и активными металлами. Без газовой линзы можно работать с алюминием и черной сталью. Начинающим лучше учиться на черной стали и не использовать газовую линзу.

Расходные материалы

Сварка неплавящимся электродом не предполагает того, что он не расходуется в процессе. Скажем более, вольфрамовый электрод считается одним из видов расходников, за состоянием которого необходимо постоянно следить. Он действительно на 99 процентов состоит из вольфрама. Этот материал выбран не случайно, так как именно вольфрам имеет высокую температуру плавления. В качестве примесей используются такие компоненты, как тантал, иттрий, торий, лантан. Концентрация присадки обозначается условными цветами: белый, зеленый, синий.

К процедуре настройки относятся работы по заточке электрода. Форма торца стержня влияет на форму дуги, она в разных условиях должна быть различной. При ведении сварки постоянным током необходимо, чтобы дуга напоминала конус. Если ток переменный, то характерно закругление в месте контакта. Поверхность стержня дополнительно полируется.

Еще одним расходным материалом является газ. В сварке ТИГ его роль выполняет аргон. Аргон тяжелее воздуха, поэтому он вытесняет кислород из факела. В некоторых случаях приходится защищать зону горения от водорода. Здесь целесообразнее использовать гелий (самый легкий газ, за исключением водорода).

При ведении гелиевой сварки увеличивается мощность дуги и, как следствие, производительность. Взвесив все факторы, включая себестоимость процесса, гелий применяют только при работе с тугоплавкими металлами. В случае необходимости ведения сложных работ используют смесь, состоящую из аргона и гелия. Доля аргона составляет 40%. Аргон обеспечивает стабильное значение параметров сварки, а гелий позволяет осуществить проплавление металла на большую глубину.

Подготовка к сварке

Приведение в рабочее состояние состоит в том, чтобы собрать все гибкие связи в одно целое с аппаратом:

закрепляем редуктор с ротаметром на газовом баллоне;
шланг подключаем к редуктору;
байонетный разъем горелки вставляем в минусовое гнездо;
кабель управления присоединяется к соответствующему гнезду на лицевой панели инвертора;
кабель массы соединяется с плюсовым гнездом на аппарате.

Обычно кабель горелки, газовый шланг и кабель заземления со всеми соединительными частями поставляется вместе со сварочным аппаратом.

Описание технологии выполнения TIG сварки

Чтобы получить качественный шов своими руками при использовании TIG-сварки, необходимо правильно подготовиться. То есть в зависимости от толщины свариваемых деталей корректно подобрать диаметр электрода, силу тока и присадочный пруток. Если что-то из перечисленного будет выбрано неверно, то сварное соединение будет плохим.

Что касается способа поджига дуги, то их существует также несколько. Каждый из них имеет свои особенности, что говорит об уровне сварочного аппарата, который используется для работы. Рассмотрим три основные:

Чирканье или контактный. Именно так поступают неопытные мастера. После него деформируется кончик электрода и на заготовках остаётся характерный след. Приходиться тратить много времени, чтобы удалить следы.
Поджиг путем точечного касания или TIG LIFT. Наиболее рациональный способ, применяется в большинстве аппаратах. Дуга поджигается на малом расстоянии от детали или при малейшем касании, что обеспечивается схемой управления работой силовыми модулями в аппарате.
Третьим методом является бесконтактный, но он реализован далеко не во всех сварочных аппаратах.

Во время сваривания деталей следует держать электрод на расстоянии от заготовок в 3 мм. Если оно будет больше, то велика вероятность наплывов и как результат, потеря прочности шва.

Если свариваются детали из тонкого металла, то их разделка не нужна, но при работе с толстым металлом необходимо обработать кромки и учесть зазор, чтобы расплавленный металл мог его полностью заполнить.

Чтобы выполнить качественную сварку алюминия, чугуна или нержавейки при помощи TIG-сварки, просмотрите видео о процессе работ от мастера. Если не пройти своего рода инструктаж, можно допустить много ошибок. Например, при использовании сплава CuSi для сваривания медных деталей.

Важно при работе со сварочным оборудованием с токами до 180, 200 и более Ампер использовать сварочную маску, перчатки и огнеупорный халат. Конечно, при такой методике образуется намного меньше искр, чем при дуговой. Тогда можно будет лучше сконцентрироваться на процессе работы, и результат получится отличный.

Правила безопасности

При сварке нельзя забывать о правилах безопасности. Необходимо использовать средства защиты для сварщика: маску или щиток, перчатки или краги, специальную одежду и обувь.

Все маски можно разделить на активные и пассивные. Смотровое стекло пассивных масок имеет постоянное затемнение. У активных затемнение происходит только как реакция на световую вспышку от дуги. Преимуществом этого варианта является то, что на время прекращения сварочного процесса стекло становится прозрачным и сварщик хорошо видит объект. Нет необходимости приподнимать стекло, что достаточно удобно.

Основные виды сварочных краг:

Брезентовые. Не востребованы, поскольку плохо выполняют основную функцию защиты рук от высокой температуры и искр. При попадании искр легко прожигаются.
Спилковые. Изготавливаются из специально обработанной кожи свиней или коров. Устойчивы к летящим искрам. Прочны, эластичны, гигиеничны. Не сковывают движения рук. При наличии внутри хлопчатобумажного слоя сохраняют тепло рук.
Войлочные. Удобны для работ при сварке.

Существуют комбинированные модели, в которых использованы разные виды материалов. Сварочные краги бывают длиной до локтя и закрывающие только кисть руки. Наличие возможности стягивания края перчатки обеспечивает дополнительную безопасность.

Костюм для сварщика должен быть изготовлен из материалов высокого качества. Он должен обладать устойчивостью к попаданию брызг расплавленного металла. Требования к костюму сварщика указаны в ГОСТе 12.4.250. Главные части костюма — куртка и брюки. Материал, из которого они сшиты, должен обладать большой теплоустойчивостью. Согласно нормативному материалу куртка должна прикрывать брюки более, чем на 20 см. Застежки закрываются клапанами. Максимальное расстояние между ними на куртке — 15 см.

В правила соблюдения техники безопасности входит электробезопасность. Баллон с аргоном должен быть расположен на расстоянии не менее 5 метров от возможных источников огня. Баллон должен быть поставлен вертикально и быть закреплен во избежания падения. Перед работой необходимо проверять состояние шлангов.

Ошибки при ТИГ сварке

Основная ошибка — быстрое сгорание электрода. Это может произойти из-за неправильной полярности выбранного режима, маленькому расходу газа, плохо подобранному диаметру вольфрамового электрода. Может произойти загрязнение сварочного шва вольфрамом. Причина — попадание электрода в сварочную ванну и начало его плавления там.

Шов плохого качества может получиться при наличии конденсата на металле, неисправности шлага или его неплотного прилегания, недостаточного поступления газа, плохой предварительной очистке поверхности. Нестабильность дуги может образоваться вследствие неправильной полярности, загрязненности электрода, слишком длинного его размера.

К распространенным ошибкам относится изменение цвета шва и появление желтого дыма. Причиной является чересчур быстрое отключение аргона. Отключают газ через 10 секунд после того, как погаснет дуга.

Преимущества и недостатки

Любой технологический процесс обладает сильными и слабыми сторонами. Преимущества аргоновой TIG сварки:

Читайте также: Как сделать барабан руками в домашних условиях. Электронные барабаны своими руками

Благодаря использованию защитного газа шов получается равномерным, без поров, трещин, пустот. Аргон защищает нагреваемую поверхность от оксидной плёнки, образующейся при взаимодействии горячего металла с кислородом.
Уменьшаются внутренние напряжения, образующиеся во время сваривания без защитного газа.
Металл не разбрызгивается.
После сваривания изделия не нуждаются в дополнительной обработке.
ТИГ сваркой можно соединять большинство известных металлов, сплавов.
Достаточно попробовать поработать оборудованием 2–3 раза, чтобы освоить навык создания качественных, красивых швов.

Недостатки TIG сварки:

Используя оборудование на открытом воздухе, нужно закрывать место соединения от ветра. Потоки воздуха сбивают направления движения защитного газа, ухудшают качество шва.
Нужно тщательно подготавливать рабочую поверхность.
Нельзя выбирать острый угол наклона горелки относительно заготовки. Это осложняет рабочий процесс.
На месте, где зажигается электрическая дуга, остаётся отметка, которую нужно будет счистить.

Учитывая недостатки ТИГ оборудования, можно подготовиться к возможным сложностям во время эксплуатации сварки.

Источник