Сварка TIG или как варить вольфрамом в инертном газе?

Международное стандартизованное обозначение сварка TIG упоминается стандартом DS / EN 24063, где этот процесс также отмечен 141 номером среди всех существующих технологий сваривания. Аббревиатуру «TIG» логично воспринимать английским словосочетанием «Tungsten Inert Gas», чистый перевод которого — вольфрамовый инертный газ. Между тем, обозначение этого же процесса, к примеру, в немецкой промышленной практике, отмечено аббревиатурой «WIG» (Wolfram Inert Gas).

Сварка TIG + базовый принцип технологии

Процессом электродуговой сварки считается технология TIG, при котором энергию плавления получают электрической дугой, образованной между заготовкой и вольфрамовым электродом. Процессом предусматривается защита электрода, дуги и сварочной ванны от разрушающего воздействия атмосферного воздуха посредством защитного инертного газа. Особенностью процесса следует считать высокие рабочие температуры, граница которых может достигать 3300°C и более.

Инертный газ на сварке TIG распределяется специальным соплом, фактически очищает рабочую зону от присутствия атмосферного воздуха. Сварка TIG отличается от других процессов сваривания не только иной техникой формирования дуги. Ещё один отличительный момент – остающийся целым рабочий электрод. Допускается внедрение присадочного материала, добавляемого вручную или автоматически в виде проволоки.

Для сварки TIG характерным является также подключение вольфрамового электрода на отрицательный потенциал тока, тогда как деталь подключается на положительный потенциал источника постоянного тока. Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы мигрируют в моменты зажигания дуги.

Если для миграции электронов характерным является прохождение от полюса отрицательного к положительному полюсу, движение ионов отмечается в противоположном направлении. Область горения дуги становится своего рода точкой столкновения между ионами и электронами. Соответственно, такое столкновение и выражается образованием тепловой энергии.

Максимальная скорость потока электронов наблюдается на переходе от острия электрода к заготовке, где вырабатывается значительное количество тепловой энергии. Общая производная тепловой энергии сварки TIG распределяется на 30% до точки подключения электрода к отрицательному полюсу и на 70% к заготовке, подключенной к положительному полюсу. Если же используется источник питания переменного тока, процентный расклад тепла составляет 50% на 50%.

Какие преимущества даёт сварка TIG для конкретной деятельности?

Процесс сварки TIG охватывает достаточно обширную область применения. Достигается такой широкий охват, благодаря многочисленным преимуществам технологии:

• концентрированный нагрев заготовки.
• эффективная защита сварочной ванны.
• независимость от присадочного материала.
• отсутствие дополнительной обработки сварного шва.
• отсутствие образования шлака и разбрызгивания металла.
• работы возможны в труднодоступных местах.

Исходя из отмеченных преимущественных сторон процесса, сварка TIG часто применяется для выполнения работ, где требуется результат высокого качества. Среди распространённых работ посредством этой технологии можно привести в пример:

• химическую промышленность,
• нефтехимические предприятия,
• атомные станции,
• предприятия пищевой индустрии и другие.

Как правило, наиболее частой сферой применения технологии является сварка TIG тонких материалов из нержавеющей стали, алюминия, никеля, никелевых сплавов. Высокие требования относительно качества сваривания деталей делают сварку TIG популярным процессом для соединений труб меньшего размера, а также для создания корневых проходов как нелегированных, так и легированных листовых материалов.

Таблица ниже отмечает материалы под сварку TIG, рекомендуемые типы тока и полярность:

Как видно из таблицы, применение источника постоянного тока с отрицательной полярностью на электроде сварка TIG предусматривает для работы с большинством материалов. Сварка алюминия и магния постоянным током, как правило, не выполняется (невозможна в принципе).

Причина применения иного источника для алюминия и магния очевидна. Эти материалы покрывает прочный слой оксида, трудно поддающийся пробою вследствие высокого параметра температуры плавления. Соответственно, материалы алюминий и магний (а также сплавы) сваривают, используя переменный ток, способный разрушить оксидный слой.

Какое технологическое оборудование требует сварка TIG?

Процесс сварки TIG предусматривает использование соответствующего оборудования, состоящего в целом из разных модулей (деталей), каждый из которых требуется под отдельные функции. Как правило, составными частями оборудования выступают:

• горелка,
• источник питания,
• система управления,
• баллон инертного газа,
• редукционный клапан и расходомер.

Традиционно аппараты сварки TIG сконструированы с учётом наличия источника питания и всего технологического оборудования в одном устройстве.

Горелка под сварку TIG сконструирована в виде рукоятки, дополненной рабочей головкой, покрытой электрически изолированным материалом. Основное назначение горелки — подвод сварочного тока и защитного газа к области сварного шва. Ручка горелки обычно оснащена переключателем для включения и выключения сварочного тока и подачи защитного газа.

Горелка сконструирована с учётом передачи тока к электроду непосредственно у острия электрода. Горелки для сварки TIG доступны разные по конструкциям и размерам. Конкретная конструкция определяется токовыми нагрузками и обстоятельствами, при которых проходит сварка TIG. Размеры горелки также определяются охлаждающими способностями конструкции в процессе сварки.

Существуют горелки под сварку TIG, охлаждаемые тем же инертным газом. Вместе с тем, существуют конструкции, дополненные охлаждающими трубками. Горелки под сварку TIG, дополненные системой водяного охлаждения, используются для сваривания большими силами тока, обычно на оборудовании под переменный ток.

Традиционно горелка под сварку TIG с водяным охлаждением меньше по размерам, чем горелка с воздушным охлаждением, рассчитанная на такую же максимальную силу тока. Конструкции из числа последних современных новинок под сварку TIG дополнительно оснащаются спусковым крючком на ручке для управления сварочным током в моменты работы.

Функция газового сопла — подвод инертного газа в зону сварки, удаляя атмосферный воздух. Газовое сопло — часть горелки, заменяемая при необходимости. Материал сопла — керамика, способная выдержать сильный нагрев. Наряду с обычными соплами, применяются также конструкции, именуемые «линзами», которые отличаются улучшенной стабильностью (равномерностью) подачи газа.

Источник питания и конструкция аппарата в целом

Применяемые в данном случае источники питания обычно имеют напряжение холостого хода на уровне 70-80 вольт. Для сваривания постоянным током используется источник питания, предварительно выпрямляющий переменный ток напряжением 380-400 вольт. На выходе выпрямителя получают напряжение, подходящее для оборудования. Одновременно изменяется сила тока до уровня, заданного сварщиком.

Современные сварочные аппараты позволяют выполнять сваривание деталей, как в режиме постоянного тока, так и в режиме переменного тока. Система управления оборудованием сварки TIG допускает исполнение, как очень простое, так и очень сложное, дополненное массой различных функций.

Простой вариант управления поддерживает регулирование сварочного тока. Подача инертного газа регулируется посредством простого клапана на горелке. Более сложные конструкции более «тонко» контролируют подачу защитного газа в зависимости от наличия дуги.

Конструкция аппарата имеет систему зажигания — высокочастотное устройство, которое увеличивает частоту до 2–4 миллионов периодов в секунду, а также уровень напряжения до нескольких тысяч вольт. Высокая частота и напряжение способствуют формированию искры между остриём электрода и поверхностью заготовки.

Система управления зажиганием может ограничивать ток короткого замыкания в момент зажигания, чем исключается дефект «прилипания» к заготовке. Увеличение силы сварочного тока отмечается только тогда, когда электрод снимается с поверхности заготовки, что приводит к зажиганию дуги. Примерами такого управления являются системы «LIFTARC», «LIFTIG», другие.

Электроды для сварки TIG + легирование маркировка заточка

Сварка TIG предусматривает применение электродов, как правило, изготовленных на основе вольфрама. Чистый вольфрам характеризуется жаропрочным материалом, имеющим температуру плавления 3380°C. Путём легирования вольфрама несколькими процентами оксида металла повышают проводимость электрода.

Легированный вольфрам демонстрирует способность выдерживать более высокую токовую нагрузку. Соответственно, электроды, сделанные из легированного вольфрама, отличаются более длительным сроком службы и лучшими свойствами зажигания. Наиболее часто используемые оксиды металлов под легирование вольфрама:

• оксид тория (ThO₂),
• оксид циркония (ZrO₂),
• оксид лантана (LaO₂),
• оксид церия (CeO₂).

Электроды, сделанные, как из чистого вольфрама, так из различных сплавов, фактически имеют одинаковый внешний вид. С целью различия изделий применяется стандартная цветовая индикация электродов. В частности, все электроды маркируются определённым цветом на концевом участке длиной 10 мм, например:

1. Чистый вольфрам маркируется зелёным цветом.
2. Вольфрам + 2% тория маркируется красным цветом.
3. Вольфрам + 1% лантана имеет чёрный цвет маркировки.

Первые электроды традиционно используется для сваривания переменным током деталей из алюминия и алюминиевых сплавов. Вторые в основном применяются под сваривание нелегированных и низколегированных сталей, а также нержавеющего металла. Третьи подходят практически для любых свариваемых металлов рассмотренным методом.

Вольфрамовые электроды выпускаются в размерах диаметра диапазоном 0,5 — 8 мм. Диаметр электрода для работы выбирается в зависимости от силы тока, предпочтительного типа электрода, вида тока (переменный или постоянный).

Важным условием получения хорошего результата сварки TIG является правильное формирование острия электрода. Форма этой части должна быть конической, чтобы получить концентрированную дугу, узкий и глубокий профиль проплавления.

Небольшой заострённый угол даёт узкую сварочную ванну. Соответственно, чем больше заострённый угол, тем шире сварочная ванна. Для сварки TIG на переменном токе вольфрамовый электрод закругляется на конце.

При заточке электрода направление вращения шлифовального диска ориентируют вдоль. Обычно для заточки используются станки, имеющие вращающийся диск с алмазным покрытием. Станки оснащаются приспособлением фиксации электродов с регулируемым углом заточки, что обеспечивает равномерность заточки.

Какие вещества применяются в качестве инертных газов?

Сварка TIG предполагает использование двух видов инертных газов:

1. Аргон (Ar).
2. Гелий (He).

Однако газ аргон применяется чаще. Два неактивных инертных газа допустимо смешивать один с другим. Каждый из отмеченных газов допустимо также смешивать с газом, обладающим восстанавливающим действием.

Термин «восстанавливающий», в данном случае, означает соединение с кислородом. Процесс сварки TIG поддерживает два восстановительных газа:

1. Водород (H₂).
2. Азот (N₂).

Для защиты обратной стороны сварного шва, как правило, применяется смесь восстановительных газов N₂ / H₂. Рабочий газ под процесс поставляются заправленным в стальных баллонах, окрашенных стандартным цветом.

Давление внутри стальных баллонов достигает значений 200-300 бар. Применение газа в работе, однако, требует снижения высокого давления до подходящего рабочего давления. Для этого применяется редукционный клапан, дополнительно оснащаемый манометром. Существуют редукционные клапана, дополненные расходомером или без такового.

---

При помощи информации: DSO