Что такое сварка ТИГ
Появление новых металлов и сплавов потребовало развитие сварочных технологий, способствующих возникновению и развитию прогрессивных методов. Один из них — сварка ТИГ.
Оглавление
История появления
Сварка представляет собой соединение металлов при высокой (сотни и тысячи градусов) температуре. В таких условиях интенсивно протекают окислительные процессы, насыщение и легирование металлов вредными примесями.
Идея проводить высокотемпературную стыковку в облаке газов возникла на рубеже XIX-XX веков у американского инженера Charles L. Coffin (Чарльз Л. Коффин). Но существующие технологии не позволяли применить этот способ в промышленных масштабах. Особенно это касалось активных металлов (алюминия, магния, титана).
Первые практические опыты были совершены в 40-х годах прошлого века. Используя вольфрамовый неплавящийся электрод и инертный гелий, специалисты корпорации Northrop Corporation разработали метод соединения алюминия, магния и никеля. Это открытие позволило сделать технический рывок в авиационной промышленности.
Современное название метода — сварка TIG (от немецкого Tungsten Insert Gas), буквально: сварка неплавящимся вольфрамовым стержнем в облаке инертного газа.
Часто возникает путаница с АДС в защитном газе. Этот процесс проводится плавящимся электродом — сварочной проволокой. Имеет обозначение MIG/MAG.
Схема процесса
Электрическая дуга в процессе сварки методом TIG образуется между неплавящимся электродом и заготовкой или сварочной ванной. С целью защиты используется облако инертного газа. Тепловой поток, вызываемый электродугой, расходуется на оплавление кромок соединяемых деталей и (или) присадочного материала (проволоки).
Пруток или проволока подаются в зону сварки вручную или автоматически. Подача газа осуществляется через специальную насадку — горелку. Формирование шва осуществляется по мере остывания ванны расплавленного металла.
Данный способ является достаточно сложным по исполнению, особенно, неопытными сварщиками. В процессе заняты обе руки: одна направляет горелку, другая — подает в зону электродуги присадочную проволоку. Необходимо соблюдать расстояния между электродом и заготовкой, присадочным материалом и дугой. Нарушение приводит к некачественному шву.
Преимущества и недостатки
Прогрессивный способ сварки металлов методом ТИГ обладает рядом несомненных потребительских преимуществ:
- Образование высококачественного шва за счет надежной защиты облаком газа от негативных влияний окружающего воздуха.
- Ограничение теплового влияния на металл в зоне шва — снижает возможность образования термических напряжений в теле детали.
- Нет эффекта разбрызгивания металла.
- Высокая производительность.
- Отсутствует необходимость обработки шва.
- Достаточно быстрое освоение и приобретение навыков работы по ТИГ-методу.
- Широкий перечень свариваемых металлов.
Слабые стороны метода:
- Ограничение применения на открытом воздухе. Сильный ветер или его порывы сдувают защитный газ из зоны расплавленного металла, что приводит к нарушению процесса. Шов получается некачественным.
- Необходимость более тщательной подготовки поверхности заготовки, по сравнению с другими способами.
- Осложнен процесс соединения под острым углом наклона горелки к плоскости детали.
- В зоне зажигания электродуги возникает черный след, который требуется зачищать.
Применение
Сфера применения затрагивает те отрасли промышленности, где применяются высоколегированные или цветные металлы и сплавы:
- космическая;
- авиационная;
- медицинская;
- автомобильная и другие.
Метод ТИГ позволяет соединять почти все металлы:
- черные;
- углеродистые и легированные стали;
- нержавеющую сталь;
- никель;
- алюминий, магний, титан;
- медь и сплавы на ее основе;
- золото, серебро.
Кроме соединений, можно выполнять наплавку, увеличивая общую толщину металла.
Несмотря на достаточно сложный процесс, способ применяется в бытовых условиях. Например, ремонт кузова автомобиля или радиатора, заварка выпускного коллектора.
Режимы TIG-сварки
ТИГ-режим осуществляется на однополярном (DC, Direct Current) или переменном (AC, Alternating Current) токе.
Режим однополярного тока используется для работ с широким перечнем металлов. Переменный — по алюминию, титану и другим сплавам с наличием поверхностных тугоплавких пленок.
Постоянный ток
Однополярный ток применяется на прямой полярности: на вольфрамовый стержень подается «минус», на заготовку — «плюс». Такой способ позволяет:
- ускорить сварочный процесс;
- создать зауженную и глубокую сварочную ванну;
- повысить ресурс неплавящегося электрода.
Этот режим применяется для соединения высоколегированных и нержавеющих сталей. Обратная полярность способствует разрушению тугоплавкой окисной пленки. Поэтому используется для работ с титаном, алюминием и его сплавами.
Переменный ток
Процесс используется с алюминием, титаном и сплавами, образующими на поверхности тугоплавкую пленку. Переменный ток создает периодическую смену «плюса» и «минуса» (прямой и обратной полярности).
Прямая полярность способствует формированию качественной сварной ванны. Обратная — разрушению защитной пленки и очищению поверхности металла. Баланс между полярностью поддается регулировке:
- Подавая больший «плюс» (повышение величины обратной полярности) на электрод, улучшаем процесс очищения от пленки.
- Подавая больший «минус» (усиление обратной полярности) на вольфрамовый стержень, создаем проплавление металла, добиваемся необходимой глубины ванны.
Оборудование
Используются два основных типа оборудования:
- Сварочный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Относится к профессиональному классу.
- Инвертор TIG — выпрямляет переменную составляющую с идеальными динамическими характеристиками электродуги. Отдельные модели оснащены блоком для выдачи постоянного или переменного тока. Это позволяет расширить функционал оборудования. Кроме сталей, появляется возможность работы с алюминием и сплавами на его основе.
Инверторы отличаются по мощности, максимальному току, длительности режима сварочного процесса и ценой. При выборе аппарата необходимо заострить внимание на следующем:
- Возможность работы при плавающих показателях электросети. Величина подаваемого напряжения.
- Обеспечение переменной или постоянной составляющей напряжения в выходных параметрах.
- Проведение работ во всех пространственных положениях: по горизонтали, вертикали или на потолочной поверхности.
- Наличие системы защиты аппарата от перегрева и своевременного отключения при пиковых нагрузках.
Применяемые электроды
Электроды — один из важных компонентов при TIG-сварке. От их качества зависит дальнейшая работа.
Изготавливаются из химически чистого вольфрама. Содержание в изделии составляет 97-99.5%. Более чистый металл, склонен к легированию обрабатываемых металлов в процессе сварки. Для снижения этого явления, в состав электрода вводятся редкоземельные металлы (иттрий, тантал, торий, лантан).
Маркируется цветом (белый, золотистый, зеленый, красный, синий и темно-синий). Цифра означает содержание лигатуры (присадки оксида металла).
Заточка электрода — важный геометрический параметр, влияющий на форму электродуги. Для режима постоянного тока предпочтительнее конусовидная форма. Для переменного напряжения — округлый кончик. Поверхность стержня должна быть выполнена с минимальной шероховатостью. Оптимально — полировка.
Применяемый газ
Основной газ для режима ТИГ — аргон. Он тяжелее кислорода, поэтому вытесняет его из зоны факела, обеспечивая защиту. Другой газ — гелий. Второе по массе вещество, после водорода. Несмотря на высокую стоимость, гелий обеспечивает увеличение мощности дуги в 1.5-2 раза. Результат — более глубокое проплавление металла и повышение производительности.
Благодаря техническим свойствам, гелий применяют для работ с тугоплавкими материалами. Ответственные операции проводят на смеси газов: Ar около 35-40%, He порядка 60-65%. Это дает следующее сочетание преимуществ: легкий газ обеспечивает более глубокое проплавление, а тяжелый — стабилизирует показатели дуги.